稳定均匀分层剪切湍流中的逆梯度输运研究

【作者】 李德； 卢志明；

【机构】 上海市应用数学与力学研究所,上海大学大学力学与工程科学学院； 上海市能源工程力学重点实验室；

【摘要】 采用直接数值模拟方法模拟了稳定温度分层情况下的均匀剪切湍流,研究热通量逆梯度输运的产生机理、稳定分层对热通量逆梯度输运的影响。考虑的泰勒微尺度雷诺数Re_λ≈81、理查森数Ri分别为0,0.1。通过象限分析将垂直热通量分为上抛Q1(v,> 0, θ,> 0)与下扫Q3(v,<0, θ,<0),其中v,为法向脉动速度,θ,是脉动温度。Q1表示将热的流体往上输运,Q3表示将冷的流体往下输运,所以在稳定均匀分层剪切湍流中,Q1与Q3都代表着温度的逆梯度输运。系统研究了Q1与Q3结构的统计特性,包括几何特征、空间分布以及与涡结构之间的关系。结果发现:加入稳定温度分层之后,热通量的逆梯度输运区域会增多。大Corrsin尺度的逆梯度输运结构主要受剪切力的影响,结构的展向尺寸与法向尺寸相等、在流向方向具有一定的倾斜角度并被拉长,稳定分层还会使结构与流向之间的倾斜角度减小。Q1与Q3在流向方向上成对出现,Q1更倾向于在Q3的下方分布。针对这一现象以存在Q1Q3对为条件构建条件平均流场,发现他们与涡簇之间关系紧密,并以此建立了关于逆梯度输运的上抛-涡簇-下扫模型。更多还原