超声速三温度二氧化碳湍流槽道流的建模与模拟
流体动力学
2022-12-21 v1 计算物理
摘要
本文开创了超声速三温度二氧化碳（CO2）湍流槽道流的直接数值模拟（DNS）与物理分析。CO2 是线性对称三原子分子，在室温下由于平动、转动和振动模式之间的相互作用产生热非平衡三温度效应。因此，本文处理了 CO2 的转动与振动模式。CO2 的热非平衡效应在扩展的三温度 BGK 型模型中建模，并标定了平动、转动和振动弛豫时间。为准确且鲁棒地求解扩展 BGK 型方程，在成熟的两级四阶框架下提出了非平衡高精度气体动理学格式。与单温度超声速湍流槽道流相比，超声速三温度 CO2 湍流使壁面系综传热量增大约 20%，并略微减小系综摩擦力。系综密度与温度场受很大影响，而流向速度的 Van Driest 变换变化很小。CO2 的热非平衡三温度效应也抑制了密度与温度归一化均方根、归一化湍流强度和雷诺应力的峰值。CO2 的振动模式表现与转动及平动模式截然不同。与振动温度场相比，转动温度场与平动温度场具有更高的相似性，尤其在温度幅值上。当前超声速 CO2 湍流中的热非平衡模型、高精度 DNS 与物理分析可作为可压缩 CO2 湍流长期适用性的基准。
引用
@article{arxiv.2210.01621,
title = {Modeling and simulation in supersonic three-temperature carbon dioxide turbulent channel flow},
author = {Guiyu Cao and Yipeng Shi and Kun Xu and Shiyi Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.01621},
year = {2022}
}
备注
Carbon dioxide flow, Vibrational modes, Three-temperature effects, Supersonic turbulent channel flows