均勻各向同性湍流內(nèi)被動標(biāo)量動力學(xué)特性的直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、在湍流研究中，標(biāo)量是相對流體的速度場而言的物理量，比如熱量，輸送物質(zhì)的濃度，反應(yīng)焓等，而被動標(biāo)量是在對標(biāo)量輸運過程機理研究中理想化的對象，即僅僅考慮湍流對它的單向輸運過程，但不考慮其對流場的反向耦合作用。對被動標(biāo)量場的研究是當(dāng)前湍流研究中的一個熱點。最近十幾年大量的實驗測量、數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果表明，標(biāo)量場具有很多自身獨特的性質(zhì)，甚至有些性質(zhì)并不依賴于速度場本身。這就促使人們對傳統(tǒng)經(jīng)典理論進行重新認(rèn)識、修正或者提出新的理論來取代。

2、 本文采用直接數(shù)值模擬方法，對具有平均標(biāo)量梯度的被動標(biāo)量場，在穩(wěn)定均勻各向同性湍流中，基本的統(tǒng)計性質(zhì)、標(biāo)量耗散的動力學(xué)特性進行了初步的研究。速度場采用了“Box”模型，計算的Reλ 為25和48，Pr數(shù)從0.3到4.0，平均標(biāo)量梯度為1.0，網(wǎng)格為963和1283。結(jié)果表明，標(biāo)量在空間大部分區(qū)域是混合均勻的，它的概率密度函數(shù)接近高斯分布，而標(biāo)量耗散率在空間上具有很強的間歇性，高強度的標(biāo)量耗散率的空間結(jié)構(gòu)為片狀結(jié)構(gòu)；通過條件統(tǒng)計的方法

3、發(fā)現(xiàn)，這些高強度標(biāo)量耗散的形成主要是由于應(yīng)變張量的壓縮作用的結(jié)果，而渦量對標(biāo)量耗散率的影響是比較弱的，然而它通過產(chǎn)生與平均標(biāo)量梯度方向相反的標(biāo)量梯度，來抵消在大尺度上施加的平均標(biāo)量梯度的影響，并通過破壞標(biāo)量梯度與應(yīng)變張量之間的耦合來抑制大強度標(biāo)量耗散的產(chǎn)生。借助于不變量理論得到，高強度的標(biāo)量耗散主要分布在流場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為unstable node/saddle/saddle流形區(qū)域，此外，由于渦管的感生作用，也有少許中等強度的標(biāo)量耗散位于