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基于變分模態(tài)分解的壁湍流擬序結(jié)構(gòu)形態(tài)研究

發(fā)布時(shí)間:2024-06-29 21:21
  應(yīng)用多分量準(zhǔn)二維變分模態(tài)分解技術(shù),對(duì)直接數(shù)值模擬的湍流邊界層的流向-法向平面進(jìn)行了分解。通過對(duì)從低雷諾數(shù)到中等雷諾數(shù)(Reτ=400~1750)各個(gè)工況的瞬時(shí)流場(chǎng)的觀察,定性地得到了不同模態(tài)所對(duì)應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)特征。通過兩點(diǎn)相關(guān)云圖形態(tài)和傾斜角度的比較,定量地對(duì)比了不同模態(tài)對(duì)應(yīng)的擬序結(jié)構(gòu)傾角隨法向高度的變化。一階模態(tài)主要對(duì)應(yīng)大尺度掃掠/噴射事件,第二階模態(tài)則對(duì)應(yīng)近壁流向渦結(jié)構(gòu)。兩階模態(tài)的擬序結(jié)構(gòu)傾角隨法向高度的變化趨勢(shì)與雷諾數(shù)呈弱相關(guān),表明大小尺度模態(tài)的幾何特征在所研究的雷諾數(shù)范圍內(nèi)存在自相似性。

【文章頁(yè)數(shù)】:7 頁(yè)

【部分圖文】:

圖1(a)流向平均速度型?(實(shí)線)和(b)流向脈動(dòng)速度型σu。

圖1(a)流向平均速度型?(實(shí)線)和(b)流向脈動(dòng)速度型σu。

在當(dāng)前工作中,我們選取6個(gè)特征雷諾數(shù)下的流向-法向平面作為研究對(duì)象,流向上選取各個(gè)雷諾數(shù)對(duì)應(yīng)的位置上下游各6δ(δ為特征雷諾數(shù)當(dāng)?shù)氐倪吔鐚雍穸龋┑姆秶,法向上選取y≤δ的區(qū)域,基本涵蓋了邊界層中所有流向尺度的結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前選擇的流向范圍內(nèi),雷諾數(shù)的變化在±3%以內(nèi),因此后面將采用流....


圖2湍流邊界層MC-QBVMD瞬時(shí)模態(tài)(Reτ=1750)。(a)原始速度場(chǎng);(b)一階MC-QBVMD模態(tài);(c)二階MC-QBVMD模態(tài)。矢量場(chǎng)代表(u,v,w),背景云圖為u。

圖2湍流邊界層MC-QBVMD瞬時(shí)模態(tài)(Reτ=1750)。(a)原始速度場(chǎng);(b)一階MC-QBVMD模態(tài);(c)二階MC-QBVMD模態(tài)。矢量場(chǎng)代表(u,v,w),背景云圖為u。

圖2展示了湍流邊界層(Reτ=1750)某單幀速度場(chǎng)以及MC-VMD分解得到的兩階模態(tài)。這里我們僅僅展示原視野范圍的一小部分,以便更加清晰地顯示模態(tài)中的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。第一階模態(tài)(圖2(b))很好的捕捉到了原始流場(chǎng)中的大尺度結(jié)構(gòu),即沿流向排布的交替排列的高低速流體,其流向尺度達(dá)到了邊界....


圖3MC-QBVMD模態(tài)空間兩點(diǎn)相關(guān)云圖(Reτ=1750,y+=30)。a列與b列分別顯示第一階模態(tài)和第二階模態(tài)的空間相關(guān)云圖。行1~3分別對(duì)應(yīng)Ruu、Rvv和Rww。云圖中每個(gè)高度處的值均用此高度處的最大值無(wú)量綱。白色十字為參考高度,虛線為各高度處最大值擬合得到的直線

圖3MC-QBVMD模態(tài)空間兩點(diǎn)相關(guān)云圖(Reτ=1750,y+=30)。a列與b列分別顯示第一階模態(tài)和第二階模態(tài)的空間相關(guān)云圖。行1~3分別對(duì)應(yīng)Ruu、Rvv和Rww。云圖中每個(gè)高度處的值均用此高度處的最大值無(wú)量綱。白色十字為參考高度,虛線為各高度處最大值擬合得到的直線

其中:u代表VMD瞬時(shí)模態(tài)的三個(gè)脈動(dòng)速度分量(u,v,w)中的一個(gè),〈·〉代表在x、t兩個(gè)維度上做系綜平均。然后求Ruu峰值在不同ry處的最大值對(duì)應(yīng)的流向偏移量rxmax。通過對(duì)y高度附近的(rxmax,ry)進(jìn)行線性擬合即可得到當(dāng)?shù)亟Y(jié)構(gòu)的傾斜角θ,表示傾斜結(jié)構(gòu)與壁面的夾角。在當(dāng)....


圖4MC-QBVMD模態(tài)各個(gè)分量的結(jié)構(gòu)傾角隨法向高度的變化

圖4MC-QBVMD模態(tài)各個(gè)分量的結(jié)構(gòu)傾角隨法向高度的變化

圖3MC-QBVMD模態(tài)空間兩點(diǎn)相關(guān)云圖(Reτ=1750,y+=30)。a列與b列分別顯示第一階模態(tài)和第二階模態(tài)的空間相關(guān)云圖。行1~3分別對(duì)應(yīng)Ruu、Rvv和Rww。云圖中每個(gè)高度處的值均用此高度處的最大值無(wú)量綱。白色十字為參考高度,虛線為各高度處最大值擬合得到的直線對(duì)圖4....



本文編號(hào):3997908

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