基于大涡模拟的圆柱绕流尾迹多尺度非定常涡空化的数值研究
为了探究涡与空化的交互作用,本研究采用均相流模型和大涡模拟方法,针对二维圆柱绕流(Re=9500)的尾迹非定常涡空化流进行了精细化数值模拟和分析。数值分析结果表明,Schneer-Sauer空化模型对气-液两相体积分数较Zwart-Gerber-Belamri模型更为敏感,对多尺度旋涡空化的模拟更为精确。在一个尾迹涡脱落准周期内,初生空泡在部分小尺度脱落涡涡心的低压区域生成,随着涡系的演化,空泡不断融合、长大并最终溃灭。与单相流相比,涡空化流场中空泡的产生对涡系的脱落有抑制作用,具体表现为圆柱表面边界层最大速度减小,且逆压梯度区域内的边界层厚度增加。从涡动力学角度分析可见,尾迹流场中膨胀收缩项是涡量产生的主要来源,主要分布于尾涡脱落区域及靠近圆柱后缘的回流区域,斜压矩项是由于空泡内密度梯度与该区域的压力梯度不一致导致的,主要分布于汽液界面上,且黏性耗散项在涡与空化交互作用过程中不可忽略。随着涡系的非定常演化,尾迹流场中部分同向小尺度涡相互聚集并形成由众多同向小尺度涡组成的大尺度旋涡,促使小尺度空泡相互融合成为大尺度空泡,从而使上游和中游流体减速。由于黏性耗散作用,大尺度旋涡边缘位置不断有小尺度涡的剥离,致使大尺度旋涡涡量逐渐减小,旋涡核心区域压力逐渐升高,空泡体积随之减小并最终溃灭。
圆柱绕流 大涡模拟 涡 空化 黏性耗散
顾发东 黄亚冬 耿琳琳 张光建 张德胜
江苏大学流体机械工程技术研究中心,镇江212013
国内会议
江苏无锡
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404-421
2021-10-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）