自由圆射流对声激励的非线性响应分析

发布时间：2021-10-09 01:29

　　声激励是控制流动和燃烧的有效手段.为研究声激励对圆射流流场的控制作用,采用大涡模拟方法计算了不同频率的声激励下的圆射流流场（Re=2020）,分析了流场对声激励的非线性响应过程.对涡量和Q函数的分析表明流场拟序结构的变化与激励频率有关.通过传递函数分析及脉动速度的分解,揭示出扰动波在流场中有三种传播模式,即对流传播模式、声波—对流混合传播模式和声波传播模式,与实验结果符合较好.通过分析速度功率谱（PSD）在空间的分布,反映出激励引起湍流能量在频率空间的重新分配.研究表明,射流响应对激励频率的选择特性不仅表现在流场结构的变化,还与扰动波的传播模式密切相关.当激励频率在射流优势频率附近时,扰动波以对流模式传播,流场结构及能量在频域的分布都发生明显变化. 

【文章来源】：中国科学技术大学学报. 2019,49(06)北大核心CSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

不同计算网格下流向速度的平均值和均方根值的分布

图1(a)和(b)分别是进口平面和中间剖面的网格分布图,计算域的流向长度和径向距离都为12D.计算采用了三套网格,数目分别为122万、258万和550万.图2比较了三套不同网格下的流向速度的一阶矩(平均值)和二阶矩(RMS:均方根值)的计算结果.图2(a)和(c)分别是X=6D处流向速度一阶矩和二阶矩沿径向的分布, (b)和(d)分别是中心线上流向速度一阶矩和二阶矩的分布.可以看出,粗网格与密网格有较大差异,而中等网格与密网格结果非常接近,计算结果不再随网格的加密出现明显变化,说明采用中等网格已满足计算精度的要求.经过网格独立性验证,以下计算结果采用的网格总数为200×110×110≈258万.对射流出口、核心势流区及剪切层附近的网格进行加密,最小网格大小为hx=hy=hz=0.2mm.计算的时间步长量级为10-5s,对应的克朗(Courant Friedrichs Lewy,CFL)数小于0.1.为了避免出现回流,计算中加了很小的空气伴流速度,Uc=0.019Uj.2 结果讨论

图2 不同计算网格下流向速度的平均值和均方根值的分布图4(a)为无量纲流向速度的平均值和均方根值在中心线上的分布.当X<5D时,平均速度基本保持为进口速度,即势流核心区的长度约为5D,和文献中报道的实验结果一致[12,19].在势核区中心线上流向速度的均方根值较小.当X>5D时,平均速度开始下降,均方根速度则快速增长,说明能量从平均流场向脉动场转化.在射流上游,脉动速度主要由剪切层大尺度拟序结构引发,势流核心区内中心线上脉动速度受剪切层中周向涡环影响不大.势核区结束后剪切层相互融合,湍流的小尺度随机脉动明显增长.


本文编号：3425364