端边界条件对倾斜圆柱尾流动力学的影响

我们开展直接数值模拟，以刻画具有非均匀端边界条件的长倾斜圆柱的三维尾流动力学。考虑了三个雷诺数 $\Rey=100$、200 和 300，以揭示内在二次不稳定性与外在端边界效应在塑造三维流动中的作用。在 $\Rey=100$ 时，端边界效应通过诱导斜向涡脱落作用于整个柱跨，这与平行脱落相比在尾流中产生了更强的展向流动。考虑到组合倾角与斜角，斜向脱落的斯特劳哈尔数与直圆柱平行脱落的斯特劳哈尔数之间满足余弦定律。在 $\Rey=200$ 时，内在二次不稳定性导致大尺度涡错位，阻碍了端边界效应向更远柱跨的传播。然而，对于倾斜情形，在上游端边界的有限柱跨内仍观察到斜向脱落。从余弦定律的角度看，这些斜涡与 $\Rey=200$ 的二维流动相关。沿柱跨更远处，斜涡失稳并形成小尺度涡，流动转变为典型的 A* 模式尾流。在 $\Rey=300$ 时，端边界附近的高度三维流动产生沿柱跨传播扰动，对低倾角情形造成涡错位。对于高倾角，柱跨上再次观察到斜向涡脱落，且未受内在或外在原因引起的涡错位破坏。