低雷诺数下矩形喷口脉动射流轴线切换的数值模拟

从矩形喷口喷出的射流的轴线切换会影响流动混合特性。为阐明此种混合机制，需详细研究轴线切换与涡结构变形。本研究对低雷诺数下从矩形喷口喷出的脉动射流之轴线切换进行了数值分析。在所有长宽比下，类似于喷口横截面形状的矩形涡环周期性地向下游脱落，且涡环的侧面在下游变形为发夹形。在喷口拐角下游的涡环内部生成一对涡。当长宽比 AR=1.0 时，该涡对由对称涡组成；而随着 AR 增大，涡对的不对称性增大。在 AR=1.0 时，下游发生涡环再生。对于 AR=2.0，在喷口长边与短边上交替地，上游涡环追上下游涡环。无论 AR 为何值，在靠近喷口的下游，由于涡环内部存在的涡对使涡环扭曲，涡环的侧面与拐角位置发生交换，导致 45 度轴线切换。对于 AR>1.0，在更下游处，长边上的涡环发夹部分相比短边更远离射流中心发展，引起 90 度轴线切换。结果，高湍流在广阔区域内发生，增强了混合作用。随着 AR 增大，上下游涡环之间的强烈干涉使涡在下游扩散。继而，由扩散涡引起的湍流广泛发生，混合效应进一步增强。