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使用半隐式移动浸没边界法对旋转von Kármán流进行直接数值模拟。 (英语) Zbl 1521.76548号

小结:我们提出了一种新的移动浸没边界法(IBM),并将其用于层流和湍流状态下封闭容器旋转von Kármán流动的直接数值模拟(DNS)。IBM通过利用时间积分方案扩展了直接求解方法,该方案将浸没边界强迫步骤嵌入到半隐式迭代Crank-Nicolson方案中。整体方法是稳健的、稳定的,并且在具有静态和移动边界的典型情况下产生了出色的结果。移动的IBM使我们能够重现旋转的von Kármán流实验的几何形状和参数[F.拉维莱等,《流体力学杂志》。601, 339–364 (2008;Zbl 1151.76344号)])在这些DNS中,流动由两个装有弯曲惯性搅拌器的反向旋转叶轮驱动。我们通过增加反向旋转叶轮的转速来分析从层流到紊流的过渡,以达到四个雷诺数90、360、2000和4000。在雷诺数为90和360的层流状态下,我们观察到与实验中报告的流动特征类似的流动特征,特别是在雷诺数360时出现对称破缺不稳定性。我们观察到雷诺数为2000的过渡湍流。雷诺数为4000时,湍流充分发展。模拟计算的无量纲扭矩与实验数据的相关性相匹配。随着雷诺数的增加,低雷诺数对称性消失,在充分发展的湍流状态下,在平均流中恢复,我们观察到两个圆环对称于中高平面。我们注意到,即使在最高雷诺数4000时,装置中心区域的湍流波动仍然是各向异性的,这表明各向同性需要显著更高的雷诺数。

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76M20码 有限差分法在流体力学问题中的应用
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
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