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旋转圆盘流中的线性扰动:模拟、实验和理论结果的比较。 (英语) Zbl 1408.76551号

摘要:不可压缩Navier-Stokes方程对无限旋转圆盘上的流动有一个精确的相似解,给出了一个恒定厚度的层流边界层,也称为von Kármán流。众所周知,边界层存在绝对不稳定,这与向湍流过渡有关,但也观察到对流路径。我们在这里关注的是这些对流模式。本文比较了三种不同的方法来研究对流,即所谓的I型静止横流不稳定性。这三种方法包括局部线性稳定性分析、直接数值模拟(DNS)和实验。“打靶法”用于计算局部线性稳定性,而线性DNS则使用光谱元素法对磁盘的全环、四分之一环和1/32环进行,每个环在计算域中有一个粗糙度元素。这些对应于在整个圆盘表面上模拟一个、四个和32个粗糙度元素,此外,在整个圆盘上模拟了具有随机分布粗糙度的情况。使用两种不同的实验配置进行比较:i)干净的磁盘条件,即未触发的边界层流动;和ii)粗糙盘条件,其中32个粗糙元件被放置在盘表面上以激发I型静止涡流。对定常涡的结构进行了理论、DNS和实验的比较。结果表明,对于固定方位波数(32个粗糙度),局部线性稳定性分析与DNS和实验之间的一致性很好。这一一致性清楚地表明,这三种方法捕获了设置的相同底层物理,并导致对流的准确描述。它还验证了数值模拟,并表明了流动情况实验测量的稳健性。讨论了DNS中方位域大小的影响以及DNS中多个方位波数的叠加和实验。

MSC公司:

76U05型 旋转流体的一般理论
76-05 流体力学相关问题的实验工作
76E05型 流体动力学稳定性中的平行剪切流
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
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全文: 内政部

参考文献:

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