底部放置半球的槽道流尾迹衍化特性研究

发布时间：2020-05-06 16:48

【摘要】：湍流运动在自然界和工程问题中广泛存在,是流体力学的核心问题,具有很强的理论意义和应用背景。槽道湍流是典型的湍流运动形式,本文采用大涡模拟方法和PIV系统对底部放置半球的槽道湍流进行了数值模拟和实验测量研究。取得的主要结果如下:数值方面,本文采用基于OpenFOAM开源软件的大涡模拟方法对底部放置半球的槽道湍流进行了数值研究。通过改变初始条件,考察了不同雷诺数对槽道湍流统计特性和结构特性的影响,以及底部放置半球对流动各向异性的影响。研究表明,不同雷诺数条件下放置半球壁面的湍动能和耗散率有明显的变化,同时随着雷诺数的增加而变大。此外在半球后方呈现出复杂的涡结构。同时发现流动在展向呈现了十分明显的各向异性,各向异性特征明显的区域与涡结构活动剧烈的区域一致,同时雷诺应力具有较强的各向异性特征。实验方面,采用PIV系统对放置半球的槽道湍流进行了实验测量,研究了半球对湍流统计量和湍流结构的影响。研究表明,底部放置半球槽道的湍流统计量相较于没有放置半球的槽道,在相同进口条件下都会有所增加。同时,由于底部放置半球,在半球后方与没有放置半球的槽道相比出现十分复杂的涡结构。同时,将平均速度、脉动速度以及雷诺应力与实验结果进行比对分析,发现数值解与实验结果趋势基本一致。本文利用Hilbert-Huang变换对数值解的三个点进行分析。利用EMD模态分解了三个点的流向速度时间序列,并研究了分解后各内模函数IMF的间歇性和概率密度函数。在此基础上进一步研究了各模态的相干结构及其重构相干结构。此外,对Fourier频谱和Hilbert谱分析进行结果对比。
【图文】：

行为时足够准确，但是，实际计算时发现往往很难收敛，一种克服以上缺点的起来考虑，这就构成了混合模式，混合模量交换又不使计算不能发散。流瞬时速度分解为可解尺度和亚格子尺度可以接受的，但精确程度比雷诺平均数值。一个 C++类库（约 100 个），其用于创建FOAM 内置的应用程序（约 250 个）分成中求解器是为了解决特定的连续介质力学任务而设计的。OpenFOAM 包含了大量前处理和后处理环境。OpenFOAM 本身包据传输的一致性。图 4.1 是 OpenFOAM

图 2.2 模型Fig. 2.2 Model图 2.2 底部放置半球的非对称槽道的物理模型，图 2.3 坐标轴中 Z 方向槽道底部示意图。2.2.2 模型和参数设置本文模型如图所示，流向、展向、垂向长度分别为 2m、0.25m、0.2m，在距离进口0.5m 处放置半径为 3cm 的半球。本文采用大涡数值模拟方法，选取 pisoFoam 求解器，槽道内以牛顿型不可压缩流水为计算介质。亚格子应力选择 Smagoringsky-Lilly 亚格子应力模式。图 2.3 模型剖面图Fig. 2.3 Cross section of the model基于OpenFOAM求解器，对模型的初始条件设置。入口处速度分别为0.5、1和1.5m/s。为了保证流动能够充分发展成为湍流，，在入口处三个方向处增加了 5%的湍流度。出口
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O357.5

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本文编号：2651565