基于湍流自旋理論的二維方腔旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的數(shù)值模擬.pdf

1、本文在湍流自旋理論的基礎(chǔ)上對(duì)旋轉(zhuǎn)方腔內(nèi)不可壓流體的流動(dòng)進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，并與經(jīng)典理論即Navier-Stokes(N-S)方程的模擬情況做了比較。N-S方程表明方腔旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部流體只會(huì)作剛體旋轉(zhuǎn)，而自旋模型表明該類流動(dòng)具有不平凡性和不穩(wěn)定性。 本文推導(dǎo)了在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀察流體流動(dòng)的科氏加速度源項(xiàng)和微自旋源項(xiàng)，并得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀察的各種場(chǎng)量的控制方程；通過(guò)對(duì)控制方程做無(wú)量綱分析，得出了控制方程的通用形式和控制流動(dòng)的無(wú)量綱參數(shù)；然

2、后用有限容積法在交叉網(wǎng)格上對(duì)控制方程進(jìn)行離散，采用基于SIMPLE算法的改進(jìn)SIMPLEC算法進(jìn)行計(jì)算；在對(duì)流項(xiàng)的離散方面采用了延遲修正的QUICK格式，最后采用二維的TDMA算法進(jìn)行迭代求解，并對(duì)邊界條件處理采用了Block塊技術(shù)。 本文的數(shù)值模擬程序是以FAST-2D程序?yàn)樗{(lán)本，根據(jù)自旋理論的控制方程進(jìn)行改編而成。我們計(jì)算了以下算例： 1、N-S方程的情況，不管轉(zhuǎn)速、粘性如何，流動(dòng)都收斂于剛體旋轉(zhuǎn)。 2、粘性

3、不變，雷諾數(shù)變化的情況。 3、轉(zhuǎn)數(shù)不變，雷諾數(shù)變化的情況。 4、雷諾數(shù)不變，轉(zhuǎn)數(shù)變化的情況。 對(duì)計(jì)算結(jié)果分析后，本文得出了下列結(jié)論：根據(jù)湍流自旋模型，流體的內(nèi)聚力不足以使流體跟隨固體邊界作剛體運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)邊界必然在流體中誘導(dǎo)出小尺度耗散渦旋，這些小尺度渦旋在固壁附近組織出正負(fù)相間的拓?fù)淙毕?渦旋場(chǎng)強(qiáng))，這一流體定向奇性會(huì)與速度場(chǎng)耦合，并容易形成復(fù)雜的大尺度的渦旋運(yùn)動(dòng)。這一現(xiàn)象和過(guò)程是否與真實(shí)流動(dòng)情況相符有待實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)