基于体积惩罚法的叶轮驱动冯·卡门流数值研究
流体动力学
2021-12-28 v3
摘要
冯·卡门流装置通过在圆柱容器内由两个反向旋转的叶轮驱动，产生高度湍流。二十多年来，该实验已成为一种非常经典的湍流研究工具，被众多研究组用于广泛的物理系统研究，包括不可压缩流、可压缩流、液态金属内的磁流体动力学和发电机研究、粒子追踪，以及最近的湍流超流氦研究。我们提出了由两个旋转叶轮驱动的冯·卡门流的直接数值模拟（DNS）版本。圆柱几何形状和旋转物体通过惩罚法进行建模，并实现在大规模并行伪谱 Navier-Stokes 求解器中。我们选择了一种特殊的叶轮配置（TM28），以便与记录详尽的水实验数据集进行比较。良好的对比结果表明，我们的数值模型也可应用于许多由冯·卡门流驱动的物理系统和配置。我们将流场分解为极向和环向分量，模拟得到的平均速度场与实验结果一致。我们还分析了靠近叶轮叶片处的流动结构，并发现了不同的涡旋拓扑。
引用
@article{arxiv.1311.4869,
title = {Numerical study of impeller-driven von Karman flows via a volume penalization method},
author = {Sophia Kreuzahler and Daniel Schulz and Holger Homann and Yannick Ponty and Rainer Grauer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1311.4869},
year = {2021}
}