×

充分发展的旋转射流的非线性动力学。 (英语) Zbl 1473.76022号

小结:本文利用数值分岔分析表征了旋转射流的稳态和时间周期行为。其目的是阐明在雷诺数(Re)和涡流比(S)变化下充分发展的无约束层流旋流射流的动力学。在(0,0)leq(Re,S)leq的(300,3)范围内,稳定的轴对称流动呈现出几种不同的模式,从低S时沿中心轴的准柱状射流到高S时附在挡水墙上的径向射流,其间有各种形式的涡破裂。稳态溶液流形中出现尖点分岔,由于内部和外部低压区域之间的竞争,分别与周围流体的涡破裂和卷吸有关,从而触发双稳态行为。稳定流的不稳定性与本征模式有关,本征模式为单((|m|=1))或双(|m|=2))方位周期,尽管其他方位波数的附加不稳定性发生在领先中性曲线以外的(Re,S)值处。源于这些中性曲线的极限环解的各种分支都与超临界和亚临界Hopf分岔相关联。由此产生的非定常流场显示出广泛的旋转三维流动结构,时间平均流和定常流模式之间的比较突出了这些非定常非线性相互作用对旋转射流整体行为的作用。本文还讨论了这种侧向无约束射流与更广泛的旋流类型(包括受限旋流射流和无约束涡模型)之间的异同。

MSC公司:

76D25型 尾迹和喷流
76E99型 水动力稳定性
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Allgower,E.L.和Georg,K.1990预测器的步长自适应,第44-60页。斯普林格。
[2] Amestoy,P.R.,Duff,I.S.,Koster,J.&L'Excellent,J.-Y.2001A使用分布式动态调度的全异步多面解算器。SIAM J.矩阵分析。申请23(1),15-41·Zbl 0992.65018号
[3] Ash,R.L.和Khorrami,M.R.1995《旋涡稳定性》,第317-372页。斯普林格。
[4] Balay,S.等.2020年PETSc用户手册。技术代表ANL-95/11-3.13版。阿贡国家实验室。
[5] Barkley,D.2006圆柱尾迹平均流的线性分析。欧罗普提斯。信件75(5),750-756。
[6] Barkley,D.、Tuckerman,L.S.和Golubitsky,M.2000圆柱尾迹三维流动的分叉理论。物理。版本E61,5247-5252。
[7] Benjamin,T.B.1962旋涡破裂现象理论。《流体力学杂志》14(4),593-629·Zbl 0112.40705号
[8] Bertoglio,C.、Caiazzo,A.、Bazilevs,Y.、Braack,M.、Esmaily,M.,Gravemeier,V.、Marsden,A.L.、Pironneau,O.、Vignon-Clementel,I.E.&Wall,W.A.2018开放边界回流数值处理的基准问题。国际期刊数字。方法。生物识别。工程34(2),e2918。
[9] Billant,P.、Chomaz,J.-M.和Huerre,P.1998旋转射流中旋涡破裂的实验研究。《流体力学杂志》376183-219·Zbl 0941.76522号
[10] Billant,P.&Gallaire,F.2013旋涡和旋转射流离心不稳定性的统一标准。《流体力学杂志》734,5-35·Zbl 1294.76130号
[11] Boyd,J.P.2013Chebyshev和Fourier光谱方法,第2版。多佛出版公司。
[12] Braack,M.和Mucha,P.2014 Navier-Stokes方程的定向do-nothing条件。J.计算。数学32507-521·Zbl 1324.76015号
[13] Bruneau,C.-H.&Fabrie,P.1994不可压缩Navier-Stokes方程的有效下游边界条件。国际期刊数字。方法。流体19(8),693-705·Zbl 0816.76024号
[14] Chigier,N.A.和Chervinsky,A.1967射流中旋涡运动的实验研究。J.应用。机械34(2),443-451。
[15] Coenen,W.,Lesshafft,L.,Garnaud,X.和Sevilla,A.2017低密度喷流的全球不稳定性。《流体力学杂志》820187-207·Zbl 1383.76397号
[16] Farokhi,S.、Taghavi,R.和Rice,E.J.1989初始涡流分布对湍流射流演变的影响。美国汽车协会J.27(6),700-706。
[17] Gallaire,F.&Chomaz,J.-M.2003a旋流中的不稳定性机制。物理。流体15(9),2622-2639·兹比尔1186.76187
[18] Gallaire,F.和Chomaz,J.-M.2003旋流射流实验中的模式选择:线性稳定性分析。《流体力学杂志》494,223-253·Zbl 1078.76033号
[19] Gallaire,F.、Rott,S.和Chomaz,J.-M.2004自由和强制旋转射流的实验研究。物理。流体16(8),2907-2917·Zbl 1186.76189号
[20] Gallaire,F.、Ruith,M.、Meiburg,E.、Chomaz,J.-M.和Huerre,P.2006作为全球模式的螺旋涡破裂。《流体力学杂志》549、71。
[21] Garnaud,X.、Lesshaft,L.、Schmid,P.J.和Huerre,P.2013射流的模态和瞬态动力学。物理。流体25(4),044103·Zbl 1284.76149号
[22] Geuzaine,C.&Remacle,J.-F.2009Gmsh:具有内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器。国际期刊数字。方法。工程79(11),1309-1331·Zbl 1176.74181号
[23] Giannetti,F.&Luchini,P.2007圆柱尾迹第一次不稳定性的结构敏感性。《流体力学杂志》58116-197·Zbl 1115.76028号
[24] Grabowski,W.J.&Berger,S.A.1976涡破裂的Navier-Stokes方程解。《流体力学杂志》75(3),525-544·Zbl 0336.76007号
[25] Hall,K.C.,Ekici,K.,Thomas,J.P.&Dowell,E.H.2013谐波平衡方法应用于计算流体动力学问题。国际计算机杂志。流体动力学27(2),52-67·Zbl 07508623号
[26] Harvey,J.K.1962涡旋破裂现象的一些观察结果。《流体力学杂志》14(4),585-592·Zbl 0112.40706号
[27] Hecht,F.2012自由有限元++的新发展。J.数字。数学20(3-4),251-265·Zbl 1266.68090号
[28] Hernandez,V.,Roman,J.E.&Vidal,V.2005SLEPc:用于解决特征值问题的可扩展且灵活的工具包。ACM事务处理。数学。软31(3),351-362·Zbl 1136.65315号
[29] Keller,H.B.1978全球同伦和牛顿方法。《数值分析的最新进展》(编辑:C.De Boor和G.H.Golub),第73-94页。学术出版社·Zbl 0456.65026号
[30] 开尔文,L.1880柱状涡的振动。伦敦。爱丁堡。都柏林Phil.Mag.J.Sci.10(61),155-168。
[31] 库兹涅佐夫(Kuznetsov),Y.A.1998应用分叉理论的要素,第2版。斯普林格·弗拉格·兹比尔0914.58025
[32] Lambourne,N.C.和Bryer,D.W.1962前缘涡流的爆发——对这一现象的一些观察和讨论。技术代表R&M编号3282。航空研究委员会。
[33] Leibovich,S.1984旋涡稳定性和破裂——调查和扩展。美国汽车协会J.22(9),1192-1206。
[34] Leibovich,S.&Stewartson,K.1983A柱状涡不稳定的充分条件。《流体力学杂志》126、335-356·Zbl 0519.76022号
[35] Lesshaft,L.2018截断流域中的人工特征模。西奥。计算。流体动力学32,245-262。
[36] Liang,H.&Maxworthy,T.2005《旋转射流的实验研究》。《流体力学杂志》525115-159·Zbl 1065.76005号
[37] Liang,H.&Maxworthy,T.2008静止和旋转环境中旋转射流的实验研究。实验流体45(2),283-293。
[38] Loiseleux,T.&Chomaz,J.-M.2003旋转射流实验中旋转对称性的破坏。物理。流体15(2),511-523·Zbl 1185.76233号
[39] Lopez,J.M.1994关于收缩管道中轴对称涡破裂的分叉结构。物理。流体6(11),3683-3693·Zbl 0825.76201号
[40] Manoharan,K.,Frederick,M.,Clees,S.,O'Connor,J.&Hemchandra,S.2020A可变旋流湍流圆射流中进动涡核振荡的弱非线性分析。《流体力学杂志》884,A29·Zbl 1460.76215号
[41] Martin,J.E.和Meiburg,E.1994关于旋转射流剪切层的稳定性。物理。流体6(1),424-426·Zbl 0831.76018号
[42] Martin,J.E.和Meiburg,E.1996旋转射流模型中的非线性轴对称和三维涡度动力学。物理。流体8(7),1917-1928·Zbl 1027.76515号
[43] Meliga,P.&Gallaire,F.2011收缩管道中轴对称涡破裂的控制:非线性稳态和弱非线性渐近展开。物理。流体23(8),084102。
[44] Meliga,P.、Gallaire,F.和Chomaz,J.-M.2012A用于旋流射流中模式选择的弱非线性机制。《流体力学杂志》699216-262·Zbl 1248.76071号
[45] Michalke,A.1984射流不稳定性理论综述。掠夺。Aerosp.航空公司。科学21,159-199。
[46] Moise,P.2020层流旋转射流中气泡的双稳态和旋涡破裂的锥形形式。《流体力学杂志》889,A31·Zbl 1460.76216号
[47] Moise,P.&Mathew,J.2019涡流射流中气泡和锥形形式的涡流破坏。《流体力学杂志》873、322-357·Zbl 1421.76068号
[48] Montagnani,D.&Auteri,F.2019同轴射流的非模态分析。《流体力学杂志》872665-696·Zbl 1419.76222号
[49] Moulin,J.、Jolivet,P.和Marquet,O.2019用于大规模水动力稳定性分析的增广拉格朗日预条件。计算。方法。申请。机械。工程351,718-743·Zbl 1441.76069号
[50] Mukherjee,A.、Muthichur,N.、More,C.、Gupta,S.和Hemchandra,S.2021中心体尾迹在旋流喷嘴进动涡核动力学中的作用。J.Enging燃气轮机动力143(5),051019。
[51] Oberleithner,K.,Sieber,M.,Nayeri,C.N.,Paschereit,C.O.,Petz,C.,Hege,H.-C.,Noack,B.R.&Wygnanski,I.2011经历涡流破裂的旋转射流中的三维相干结构:稳定性分析和经验模式构建。《流体力学杂志》679,383-414·兹比尔1241.76206
[52] Ogus,G.、Baelmans,M.和Vanierschot,M.2016关于层流旋转射流的流动结构和滞后性。物理。流体28(12),123604。
[53] Panda,J.和Mclaughlin,D.K.1994旋转射流不稳定性实验。物理。流体6(1),263-276。
[54] Pasche,S.、Avellan,F.和Gallaire,F.2018低雷诺数螺旋涡破裂中的混沌开始。物理。修订版流体3064701·Zbl 1419.76134号
[55] Qadri,U.A.、Mistry,D.和Juniper,M.P.2013螺旋涡破裂的结构敏感性。《流体力学杂志》720、558-581·Zbl 1284.76151号
[56] Ruith,M.R.,Chen,P.&Meiburg,E.2004半无限区域三维涡破裂现象直接数值模拟边界条件的发展。计算。流体33(9),1225-1250·Zbl 1103.76350号
[57] Ruith,M.R.,Chen,P.,Meiburg,E.&Maxworthy,T.2003旋转射流和尾迹中的三维涡破裂:直接数值模拟。《流体力学杂志》486,331-378·Zbl 1080.76024号
[58] Rusak,Z.1998管道内近临界旋流与入口方位涡度扰动的相互作用。物理。流体10(7),1672-1684·Zbl 1185.76643号
[59] Saad,Y.&Schultz,M.H.1986Gmres:求解非对称线性系统的广义最小残差算法。SIAM J.科学。《美国法律总汇》第7(3)卷,第856-869页·Zbl 0599.65018号
[60] Salinger,A.G.,Bou-Rabee,N.M.,Pawlowsky,R.P.,Wilkes,E.D.,Burroughs,E.A.,Lehoucq,R.B.&Romero,L.A.2002 Loca 1.1:延拓算法库:理论和实现手册。技术代表桑迪亚国家实验室。
[61] Sarpkaya,T.1971关于静止和移动涡旋破裂。《流体力学杂志》45(3),545-559。
[62] Schmid,P.J.2007非模态稳定性理论。每年。《流体力学评论》39(1),129-162·Zbl 1296.76055号
[63] Sipp,D.&Lebedev,A.2007基流和平均流的全局稳定性:圆柱流和空腔流的一般方法及其应用。《流体力学杂志》593、333-358·Zbl 1172.76318号
[64] Squire,H.B.1960“旋涡破裂”现象分析:第一部分,技术报告第102号。帝国理工学院航空系。
[65] Tammisola,O.和Juniper,M.P.2016通过非线性模拟和线性整体模式,在\(Re=4800\)的涡流喷射器中的相干结构。《流体力学杂志》792620-657·Zbl 1381.76078号
[66] Trefethen,法律公告,Trefethen,A.E.,Reddy,S.C.和Driscoll,T.A.1993无特征值的流体动力学稳定性。《科学》261(5121),578-584·Zbl 1226.76013号
[67] 沃格尔,H.U.1968年,在埃因姆兹林德里森·盖乌斯(einem zylindrischen gehäuse mit darin rotierender scheibe),bericht/max-planck-institut für strömungsforchung进行实验。哥廷根大学博士论文。
[68] Vyazmina,E.,Nichols,J.W.,Chomaz,J.-M&Schmid,P.J.2009具有开放侧向边界的粘性稳定轴对称涡破裂的分叉结构。物理。流体21(7),074107·Zbl 1183.76553号
[69] Wang,S.&Rusak,Z.1997管道内旋转流的动力学和轴对称涡破裂的过渡。《流体力学杂志》340,177-223·Zbl 0894.76014号
[70] Wang,S.,Rusak,Z.,Gong,R.&Liu,F.2016关于有限长旋转管道中固体旋转流的三维稳定性。《流体力学杂志》797,284-321·Zbl 1422.76065号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。