跨临界条件下湍流槽道流动的直接数值模拟
流体动力学
2017-12-08 v1
摘要
跨临界条件下的湍流存在于火箭发动机再生冷却系统与化工提取过程中。这些复杂过程中的湍流及其对应的传热现象在实验与数值上仍未被充分理解。本工作的目标是通过湍流槽道流动的直接数值模拟(DNS)研究跨临界条件下的湍流。采用完全可压缩求解器并结合 Peng-Robinson 真实流体状态方程来描述跨临界流动。模拟了具有两个等温壁的槽道流动，其中一个为加热边界层，另一个为冷却边界层。本研究采用的网格分辨率略细于不可压缩槽道流动 DNS 所需的分辨率。模拟采用完全守恒(FC)与准守恒(QC)两种格式进行，以评估它们在跨临界壁面 bounded 流动中的表现。对瞬时流场与统计量与经典理论进行了分析比较。发现 FC 与 QC 两种格式的结果在定性上吻合良好，但在顶部加热壁附近存在明显差异，可观察到速度的伪振荡。利用 DNS 数据，我们进而检验了 Townsend 附着涡假说在跨临界条件流动中的适用性。结果表明，流向能谱呈现波数倒数标度，且流向速度结构函数遵循对数标度，从而为跨临界条件下的附着涡模型提供了支持。
引用
@article{arxiv.1712.02430,
title = {Direct numerical simulations of turbulent channel flow under transcritical conditions},
author = {Peter C. Ma and Xiang I. A. Yang and Matthias Ihme},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.02430},
year = {2017}
}
备注
AIAA SciTech 2018, Kissimmee, FL