层流边界层流动中直涡管周围发夹涡的生成
流体动力学
2018-08-21 v1
摘要
采用直接数值模拟(DNS)研究了基于 Hon & Walker 模型（最初为对称发夹涡管提出，Hon,T.L. & Walker, J.D.A, Computers & Fluids, 20(3), pp. 343-358, 1991）的直涡管在层流边界层流剪切作用下的演化及其对近壁流动的响应。此处，流向涡管为抬升的流向涡。涡管的环量与倾角可调。除环量与倾角外，由涡管在边界层内位置（如边界层内涡管占比）所决定的扰动稳定性通过线性稳定性分析给出。通过同时与 DNS 进行的完全非线性扰动分析，阐明了扰动演化动力学中线性项与非线性项的贡献。当环量足够大时，出现两种不稳定模态，即“离壁模态”与“近壁模态”。这两种模态的存在在涡管周围产生螺旋状扰动，并成为发夹涡生成的先兆。通过本征正交分解分析了随时间演化的涡管周围扰动的主导结构。本允许涡管特性连续变化的模型 DNS 阐明了关于发夹涡生成的非线性边界层稳定性的这一新方面。
引用
@article{arxiv.1808.06510,
title = {Hairpin vortex generation around a straight vortex tube in a laminar boundary-layer flow},
author = {Kazuo Matsuura},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.06510},
year = {2018}
}