24975.自由剪切流中相干結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文自由剪切流中相干結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)自由剪切流中相干結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)NonlinearDynamicsofLargescaleCoherentStructuresinFreeShearLayers一級(jí)學(xué)科：力學(xué)學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué)作者姓名：莊秀玲指導(dǎo)教師：吳雪松教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一四年十二月I中文中文摘要摘要眾所周知，充分發(fā)展的湍流自由剪切層，如混合層、尾跡流、平面和軸對(duì)稱射流，會(huì)呈現(xiàn)以大尺度相干結(jié)構(gòu)為特征的

2、、高度有序的特性。最典型的相干結(jié)構(gòu)是展向渦，它們?cè)趧?dòng)量、熱流輸運(yùn)，反應(yīng)物的混合以及噪音的產(chǎn)生等過程中起重要作用。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，這樣的有序運(yùn)動(dòng)與無(wú)粘不穩(wěn)定波具有許多相似之處，而且其主要特性，如尺度大小，傳播速度和在剪切方向的分布等，可以由平均流剖面的無(wú)粘線性不穩(wěn)定性理論得到較好的預(yù)測(cè)。本文推導(dǎo)出了能夠描述湍流混合層中相干結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，其理論基礎(chǔ)是關(guān)于層流不穩(wěn)定性的非線性非平衡性臨界層理論，在將此理論應(yīng)用到湍流情形時(shí)，

3、還考慮了以下物理因素:（1）由湍流剪切流的厚度在流向的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致的強(qiáng)非平行性；（2）湍流中小尺度脈動(dòng)對(duì)相干結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)合以上因素和非線性，會(huì)得到一個(gè)新的、有趣的演化系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由耦合的幅值和渦量演化方程組成，其中非平行性除了改變?cè)鲩L(zhǎng)率外，還會(huì)引起所謂的臨界層漂移效應(yīng)。數(shù)值計(jì)算結(jié)果清晰地顯示了渦的卷起過程，這是湍流混合層的主要特性，同時(shí)本文也得到了相干結(jié)構(gòu)的幅值演化，并研究了不同參數(shù)，如粘性、相位滯后、剪切層厚度增長(zhǎng)率和臨界層位置的