基于湍流自旋理論的二維方腔旋轉流動的數(shù)值模擬.pdf

1、本文在湍流自旋理論的基礎上對旋轉方腔內不可壓流體的流動進行了二維數(shù)值模擬，并與經(jīng)典理論即Navier-Stokes(N-S)方程的模擬情況做了比較。N-S方程表明方腔旋轉時內部流體只會作剛體旋轉，而自旋模型表明該類流動具有不平凡性和不穩(wěn)定性。 本文推導了在旋轉坐標系中觀察流體流動的科氏加速度源項和微自旋源項，并得到旋轉坐標系中觀察的各種場量的控制方程；通過對控制方程做無量綱分析，得出了控制方程的通用形式和控制流動的無量綱參數(shù)；然

2、后用有限容積法在交叉網(wǎng)格上對控制方程進行離散，采用基于SIMPLE算法的改進SIMPLEC算法進行計算；在對流項的離散方面采用了延遲修正的QUICK格式，最后采用二維的TDMA算法進行迭代求解，并對邊界條件處理采用了Block塊技術。 本文的數(shù)值模擬程序是以FAST-2D程序為藍本，根據(jù)自旋理論的控制方程進行改編而成。我們計算了以下算例： 1、N-S方程的情況，不管轉速、粘性如何，流動都收斂于剛體旋轉。 2、粘性

3、不變，雷諾數(shù)變化的情況。 3、轉數(shù)不變，雷諾數(shù)變化的情況。 4、雷諾數(shù)不變，轉數(shù)變化的情況。 對計算結果分析后，本文得出了下列結論：根據(jù)湍流自旋模型，流體的內聚力不足以使流體跟隨固體邊界作剛體運動，旋轉邊界必然在流體中誘導出小尺度耗散渦旋，這些小尺度渦旋在固壁附近組織出正負相間的拓撲缺陷(渦旋場強)，這一流體定向奇性會與速度場耦合，并容易形成復雜的大尺度的渦旋運動。這一現(xiàn)象和過程是否與真實流動情況相符有待實驗的驗