湍流船体边界层中的卷吸空气与表面波动
流体动力学
2019-06-18 v1
摘要
本文通过实验与直接数值模拟，研究了由水平运动的垂向穿水壁面所产生自由表面边界层剪切流中因湍流引起的空气卷吸。实验中搭建了实验室尺度装置，其利用一条穿水不锈钢带环绕两个垂直滚轮循环运动，带体位于两滚轮间的一段作为水平运动平板壁面。为补充实验，对包含采用周期边界条件模拟的流向带体段之两相边界层问题进行了直接数值模拟（DNS）。给出了平行于带面（壁平行剖面）的两个垂直平面内水面轮廓的动画激光诱导荧光（LIF）测量，并与先前垂直于带面（壁法向剖面）的剖面测量对比。此外，本文报道了空气卷吸的照相观测及气泡尺寸分布与运动的测量。借助 DNS 结果详细研究了气泡卷吸机制。在壁平行 LIF 影像中观察到类似于破波且平行于带体传播的自由表面特征。这些破波事件被认为是空气卷入下层流动的机理之一。气泡尺寸分布被发现具有特征性斜率转折，类似于先前在破波中观测到的 Hinze 尺度。最后，在模拟中发现若干卷吸机制，并评估了它们在自由表面边界层中的普遍程度。
引用
@article{arxiv.1809.07190,
title = {Air Entrainment and Surface Fluctuations in a Turbulent Ship Hull Boundary Layer},
author = {Naeem Masnadi and Martin A. Erinin and Nathan Washuta and Farshad Nasiri and Elias Balaras and James H. Duncan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.07190},
year = {2019}
}
备注
20 pages, 29 figures, 32nd Symposium of Naval Hydrodynamics, Hamburg, Germany, 5-10 Aug. 2018. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1609.05106, arXiv:1606.05035