近壁剪切流動中湍斑及相干結(jié)構研究.pdf

1、該文采用高精度、高分辨率的數(shù)值方法研究湍斑及湍流相干結(jié)構的生成和演化規(guī)律.文中發(fā)展了四階時間分裂法用于Navier-Stokes方程及其擾動方程的時間離散;對分裂得出的關于壓力的Poisson方程和關于速度的Helmholtz方程,建立三維耦合四階緊致迎風差分格式;這些格式適用于包括鄰近邊界點在內(nèi)的計算區(qū)域,克服了三維各自用四階中心差分格式離散不適用于邊界鄰域的困難,并提高了穩(wěn)定性和分辨率,用這些格式分別組成了數(shù)值求解Navier-St

2、okes方程及其擾動方程的高精度、高分辨率的緊致差分方程組,為湍斑及湍流相干結(jié)構的研究提供了有效的數(shù)值方法.建立了以壁面脈沖為初始擾動的湍斑數(shù)學模型,并將導出的Navier-Stokes方程的緊致差分方程組應用于槽道、明渠和平板邊界層等典型流動,提出了嚴格滿足Navier-Stokes方程的邊界條件.對邊界上的空間微分采用高階緊致差分格式離散,時間微分采用四階時間推進處理,在交界處采用雙向差分平均法,保證了整個計算域上的流動都滿足Nav

3、ier-Stokes方程,并具有高階精度.分別建立了適用于在槽道、明渠和平板邊界層流動中直接模擬湍斑的數(shù)值方法,并精心設計了時間推進、超松弛迭代和多重網(wǎng)格等高效算法,以提高計算效率.研究在不同雷諾數(shù)、網(wǎng)格和不同流動中壁面擾動的演化過程,分析近壁剪切流動中湍斑的形成和發(fā)展機理,展示了近壁剪切流動中湍斑的產(chǎn)生和發(fā)展與雷諾數(shù)、初始擾動和速度剪切率等密切相關.研究結(jié)果顯示出不同流動的湍斑的特征和性質(zhì),并與實驗結(jié)果一致.以共振三波和層-湍復合速度