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层流圆管潜射流生成蘑菇形涡结构特性数值研究

陈云祥 陈科 尤云祥 胡天群

层流圆管潜射流生成蘑菇形涡结构特性数值研究

陈云祥, 陈科, 尤云祥, 胡天群
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  • 基于不可压Navier-Stokes方程, 采用计算流体力学方法, 数值模拟与分析了层流圆管潜射流在密度均匀黏性流体中的演化机理及其表现特征, 定量研究了蘑菇形涡结构无量纲射流长度L*、螺旋型涡环半径R*及其包络外形长度d*等几 何特征参数随无量纲时间t*的变化规律. 数值结果表明, 蘑菇形涡结构的形成与演化过程可分为三个不同的阶段: 启动阶段、发展阶段和衰退阶段. 在启动阶段, L*和d*随t* 线性变化, 而R*则近似为一个常数; 在发展阶段, 蘑菇形涡结构的演化具有自相似性, L*, R*和d*与t*1/2均为同一正比关系, 而且雷诺数和无量纲射流时间不影响该正比关系; 在衰退阶段, L* 和R* 正比于t*1/5, 而d*则近似为一个常数. 此外, 还对蘑菇形涡结构二次回流点、 动量源作用中心及其几何中心的速度变化规律、垂向涡量分布特征和 涡量-流函数关系进行了分析.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 11072153) 及海洋工程国家重点实验室基金 (批准号: GP010819) 资助的课题.
    [1]

    Ivanov A Y, Ginsburg A I 2002 Proc. Indan Acad. Sci. (Earth Planet. Sci.) 111 281

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    Fedorov K N, Ginsburg A I 1989 Mesoscale/Synoptic Coherent structures in Geophysical Turbulence 50 1

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    Van Heijst G J F, Clercx H J H 2009 Annu. Rev. Fluid Mech. 41 143

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    Meunier P, Spedding G R 2006 J. Fluid Mech. 552 229

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    Wei G, Dai S Q 2006 Advances in Mechanics 36 111 (in Chinese) [魏岗, 戴世强 2006 力学进展 36 111]

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    [3]

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-17
  • 修回日期:  2013-02-18
  • 刊出日期:  2013-06-05

层流圆管潜射流生成蘑菇形涡结构特性数值研究

  • 1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室, 上海 200240
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 11072153) 及海洋工程国家重点实验室基金 (批准号: GP010819) 资助的课题.

摘要: 基于不可压Navier-Stokes方程, 采用计算流体力学方法, 数值模拟与分析了层流圆管潜射流在密度均匀黏性流体中的演化机理及其表现特征, 定量研究了蘑菇形涡结构无量纲射流长度L*、螺旋型涡环半径R*及其包络外形长度d*等几 何特征参数随无量纲时间t*的变化规律. 数值结果表明, 蘑菇形涡结构的形成与演化过程可分为三个不同的阶段: 启动阶段、发展阶段和衰退阶段. 在启动阶段, L*和d*随t* 线性变化, 而R*则近似为一个常数; 在发展阶段, 蘑菇形涡结构的演化具有自相似性, L*, R*和d*与t*1/2均为同一正比关系, 而且雷诺数和无量纲射流时间不影响该正比关系; 在衰退阶段, L* 和R* 正比于t*1/5, 而d*则近似为一个常数. 此外, 还对蘑菇形涡结构二次回流点、 动量源作用中心及其几何中心的速度变化规律、垂向涡量分布特征和 涡量-流函数关系进行了分析.

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参考文献 (37)

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