超疏水性/粘弹性作用下Taylor-Couette流动的直接数值模拟

发布时间：2025-04-18 04:02

　　本文采用高精度谱方法直接数值模拟(DNS)研究了具有超疏水性旋转内壁的Taylor-Couette(TC)湍流减阻和粘弹性TC流动转捩问题。主要工作及研究成果如下:(1)在具有超疏水旋转内壁的TC湍流减阻问题研究中,重点考察了超疏水性壁面对湍流统计量的影响,以及其减阻特征和机理。基于不同雷诺数Re下的计算结果,发现无量纲的扭矩满足预测的尺度律,并验证了修正的普朗特-冯卡门摩擦律适用于TC流动的假设,且在数值上验证修正的摩擦律。此外,重现了无量纲滑移长度的尺度律b+～Re1/2,发现超疏水表面诱导的减阻率随着雷诺数Re的增加持续增大,Re= 50000时,减阻效率达到7.3%。超疏水TC湍流中产生的减阻效应主要源于以下流动变化:在除粘性底层以外的区域,超疏水性壁面抑制了流向涡,进而导致雷诺应力的减弱;在粘性底层,内壁超疏水性引入了滑移速度,引起平均流的剪切作用减弱以及内壁面上流体速度减小,进而导致粘性应力减小。随着雷诺数增加,这两种抑制作用不断增强,进而导致减阻效率的增加。(2)研究了粘弹性TC流动的转捩问题。通过以下三种方式考察了流体惯性和弹性效应相对强弱的变化对TC流动转捩的影响:1)...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 Taylor-Couette流动的研究背景
    1.2 湍流的研究
    1.3 超疏水表面
    1.4 粘弹性流体
        1.4.1 粘弹性流体的简介
        1.4.2 粘弹性流体本构模型
    1.5 本文的主要工作
第二章 数值计算方法
    2.1 伪谱方法
    2.2 控制方程
    2.3 数值方法
        2.3.1 牛顿流体TC流动的数值方法
        2.3.2 粘弹性流体TC流动的数值方法
第三章 具有超疏水性旋转内壁的Taylor-Couette湍流减阻研究
    3.1 引言
    3.2 物理问题描述与计算参数
    3.3 计算结果与讨论
        3.3.1 流场结构特征
        3.3.2 湍流统计量
        3.3.3 超疏水表面减阻
    3.4 本章小结
第四章 粘弹性效应作用下Taylor-Couette流动转捩的研究
    4.1 引言
    4.2 物理问题描述与计算参数
    4.3 计算结果及讨论
        4.3.1 保持We、增大Re的流动转捩
        4.3.2 保持E、增大Re的流动转捩
        4.3.3 保持Re、增大We的流动转捩
        4.3.4 粘弹性TC流动转捩的多态现象
    4.4 本章小结
第五章 工作总结和研究展望
    5.1 工作总结
    5.2 研究展望
参考文献
总结和致谢



本文编号：4040495