时间演化分形流场的直接数值模拟

摘要

为了研究分形网格湍流中小尺度结构的运动规律,在具有高分辨率的空间网格中,开展分形流场时间演化的直接数值模拟,并通过模拟具有相同阻塞率的规则流场进行对比研究.通过给流场中注入合适的能量扰动,促使2类流场从层流初始状态向湍流状态过渡.数值模拟结果表明,与规则流场相比,分形流场受到初始条件影响的持续时间更久,同时在时间演化的初期,分形流场产生的动能更小,但分形流场在衰减期的大尺度运动起到强化湍流的作用,导致其产生的动能更大、湍流强度更高,有利于实现对流场的被动控制.分形流场和规则流场均在截断波数kM≈20时满足能量与耗散水平相等,但有别于能量级串过程中能量传输与耗散的平衡.当流场达到统计均匀后,规则流场衰减符合Saffman湍流特征的规律.