圆柱后分离流动：基于最小压力梯度原理的洞察
流体动力学
2025-01-07 v1
摘要
我们研究圆柱上的分离流动，有两个目标：(i) 证明匹配曲率条件的有效性，(ii) 在不显式建模边界层的情况下获得亚临界态 (Re=10^4-10^5) 的分离角的合理估计。首先，我们研究 Roshko 的自由流线模型 (1954 年)；这是一个包含表示近尾区分离剪切层的断层连续体的理想流模型。该模型未能预测圆柱上的正确分离角。Roshko 将此差异归因于匹配曲率条件，即分离点的分离流线曲率必须与圆柱曲率匹配。我们表明，这一条件是合理的，并非 Roshko 模型在预测分离方程的真正罪魁。其次，我们采用最小压力梯度原理 (PMPG)，该原理断言，亚音速流通过在域内最小化压力梯度总大小来演化。鼓励的是在 Re=10^4-10^5 范围内的流动特征对 Re 相当独立，我们旨在在不对边界层建模的情况下预测该态的分离角——这似乎不可能，尽管 Prandtl 在其开创性论文中 (Prandtl 1904) 预见了这一点。在 kinematic 可接受的平衡流的家族中，我们利用 PMPG 从中挑选出最小压力梯度成本的分离流。有趣的是，获得的分离角与实验测量的 Re=10^4-10^5 范围内的分离角相匹配。
引用
@article{arxiv.2501.02061,
title = {On the Separating Flow Behind a Cylinder: Insights from the Principle of Minimum Pressure Gradient},
author = {Mohamed Shorbagy and Haithem Taha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.02061},
year = {2025}
}