基于湍流自旋理論的二維方腔旋轉(zhuǎn)流動的數(shù)值模擬.pdf

1、本文在湍流自旋理論的基礎上對旋轉(zhuǎn)方腔內(nèi)不可壓流體的流動進行了二維數(shù)值模擬，并與經(jīng)典理論即Navier-Stokes(N-S)方程的模擬情況做了比較。N-S方程表明方腔旋轉(zhuǎn)時內(nèi)部流體只會作剛體旋轉(zhuǎn)，而自旋模型表明該類流動具有不平凡性和不穩(wěn)定性。 本文推導了在旋轉(zhuǎn)坐標系中觀察流體流動的科氏加速度源項和微自旋源項，并得到旋轉(zhuǎn)坐標系中觀察的各種場量的控制方程；通過對控制方程做無量綱分析，得出了控制方程的通用形式和控制流動的無量綱參數(shù)；然

2、后用有限容積法在交叉網(wǎng)格上對控制方程進行離散，采用基于SIMPLE算法的改進SIMPLEC算法進行計算；在對流項的離散方面采用了延遲修正的QUICK格式，最后采用二維的TDMA算法進行迭代求解，并對邊界條件處理采用了Block塊技術(shù)。 本文的數(shù)值模擬程序是以FAST-2D程序為藍本，根據(jù)自旋理論的控制方程進行改編而成。我們計算了以下算例： 1、N-S方程的情況，不管轉(zhuǎn)速、粘性如何，流動都收斂于剛體旋轉(zhuǎn)。 2、粘性

3、不變，雷諾數(shù)變化的情況。 3、轉(zhuǎn)數(shù)不變，雷諾數(shù)變化的情況。 4、雷諾數(shù)不變，轉(zhuǎn)數(shù)變化的情況。 對計算結(jié)果分析后，本文得出了下列結(jié)論：根據(jù)湍流自旋模型，流體的內(nèi)聚力不足以使流體跟隨固體邊界作剛體運動，旋轉(zhuǎn)邊界必然在流體中誘導出小尺度耗散渦旋，這些小尺度渦旋在固壁附近組織出正負相間的拓撲缺陷(渦旋場強)，這一流體定向奇性會與速度場耦合，并容易形成復雜的大尺度的渦旋運動。這一現(xiàn)象和過程是否與真實流動情況相符有待實驗的驗