通过模拟卷起过程估算涡环的无量纲能量
流体动力学
2022-04-21 v2
摘要
起始涡环的无量纲能量在由圆柱活塞或以恒定速度平移的钝体产生时，通常收敛于约 0.33 的值。为探究该值普适性的界限并分析超出这些界限时出现的变异，我们提出了一种替代 slug-flow 模型的方法来预测涡环的无量纲能量。我们的方法基于 Pullin 所描述的自我相似涡片卷起。我们推导了由螺旋剪切层卷起所产生的涡核的涡量分布，并计算了相关的无量纲能量。为证明模型的有效性，我们考虑了遵循带可变指数 m 的幂律的不同涡发生器速度剖面。对于恒定速度（m=0），我们的模型给出无量纲能量 E*=0.33。对于恒定加速度（m=1），我们得到 E*=0.19。对于恒定速度，我们通过将 Pullin 螺旋的涡量分布进行径向扩散获得了真实的涡量分布，并预测无量纲能量从 0.33 降至 0.28，与实验结果一致。我们提出的模型为现有的 slug flow 模型提供了一个实用的替代方案，用于预测涡环的最小无量纲能量。该模型适用于活塞生成和尾迹涡环，且仅需涡发生器的运动学作为输入。
引用
@article{arxiv.2112.03387,
title = {Estimating the non-dimensional energy of vortex rings by modelling their roll-up},
author = {Guillaume de Guyon and Karen Mulleners},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.03387},
year = {2022}
}