均勻各向同性湍流內(nèi)被動(dòng)標(biāo)量動(dòng)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(duì)流體的速度場(chǎng)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(dòng)標(biāo)量是在對(duì)標(biāo)量輸運(yùn)過(guò)程機(jī)理研究中理想化的對(duì)象，即僅僅考慮湍流對(duì)它的單向輸運(yùn)過(guò)程，但不考慮其對(duì)流場(chǎng)的反向耦合作用。對(duì)被動(dòng)標(biāo)量場(chǎng)的研究是當(dāng)前湍流研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。最近十幾年大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量、數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果表明，標(biāo)量場(chǎng)具有很多自身獨(dú)特的性質(zhì)，甚至有些性質(zhì)并不依賴于速度場(chǎng)本身。這就促使人們對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)典理論進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)、修正或者提出新的理論來(lái)取代。

2、 本文采用直接數(shù)值模擬方法，對(duì)具有平均標(biāo)量梯度的被動(dòng)標(biāo)量場(chǎng)，在穩(wěn)定均勻各向同性湍流中，基本的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)、標(biāo)量耗散的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了初步的研究。速度場(chǎng)采用了“Box”模型，計(jì)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(qiáng)的間歇性，高強(qiáng)度的標(biāo)量耗散率的空間結(jié)構(gòu)為片狀結(jié)構(gòu)；通過(guò)條件統(tǒng)計(jì)的方法

3、發(fā)現(xiàn)，這些高強(qiáng)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(duì)標(biāo)量耗散率的影響是比較弱的，然而它通過(guò)產(chǎn)生與平均標(biāo)量梯度方向相反的標(biāo)量梯度，來(lái)抵消在大尺度上施加的平均標(biāo)量梯度的影響，并通過(guò)破壞標(biāo)量梯度與應(yīng)變張量之間的耦合來(lái)抑制大強(qiáng)度標(biāo)量耗散的產(chǎn)生。借助于不變量理論得到，高強(qiáng)度的標(biāo)量耗散主要分布在流場(chǎng)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(qiáng)度的標(biāo)量耗散位于