超声速混合层涡结构内部流体的密度分布特性

摘要

在使用大涡模拟方法获得超声速混合层流场的基础上,利用拉格朗日相干结构法和涡核位置提取方法,得到了涡结构的边界和涡核的位置坐标,并由此提出了涡结构内部流体密度分布的表示方法.通过分析涡结构内部流体的密度在不同情况(如涡结构的空间尺寸、混合层流场的压缩性和涡结构的融合过程)下的变化,揭示出超声速混合层涡结构内部流体的密度分布特性:在弱和中等压缩性的超声速混合层流场中,其涡结构内部流体的密度分布既关于流向(x轴)对称又关于纵向(y轴)对称,涡核处的流体密度最低而涡边界处的流体密度最高,流体密度在连接涡核与涡边界的射线上单调且近似均匀地增加;在强压缩性的超声速混合层流场中,其涡结构内部流体的密度分布不再具有对称性,而且流体密度呈现波动变化的特点;随着涡结构空间尺寸和流场压缩性的增加,涡核处的流体密度降低(最大减少量约为31％—56％),而涡边界的流体密度变化量约为6％—27％;在相邻两个涡结构的融合过程中,涡结构内部流体密度的变化较轻微,表明融合过程很可能是两个涡结构内部流体的对等组合过程.