设计最小挡板以失稳管道流中的湍流
流体动力学
2020-08-19 v1
摘要
受近期实验结果(K"uhnen 等, Flow Turb. Combust., vol. 100, 2018, pp. 919-943)的启发,我们考虑设计挡板(流动的障碍物)以使管道流中的湍流重新层流化的问题。将挡板建模为流体内线性阻力的空间分布 ( 为总速度场, 为标量场),在雷诺数 下考虑两个不同的优化问题来设计 。第一个问题中,寻求以 的 范数定义的最小挡板,其使流动的黏性耗散率最小。第二个问题中,处理使流动总能耗最小的挡板。两个问题均表明挡板应为轴对称且径向定位于管道壁附近,但难以预测最优的流向范围。手动搜索找到一个长度为一个半径的最优挡板,随后用它研究重新层流化所需的幅值如何随 变化直至 。在管道壁处发现较大的应力减小,但代价是挡板处压降增加。随后估算了挡板下游的盈亏平衡点,在该点处重新层流化流动在壁面处减小的应力补偿了挡板产生的额外阻力。
引用
@article{arxiv.2006.11902,
title = {Designing a minimal baffle to destabilise turbulence in pipe flows},
author = {Elena Marensi and Zijing Ding and Ashley P. Willis and Rich R. Kerswell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.11902},
year = {2020}
}
备注
32 pages, 24 figures