Rankine 椭圆流动中涡旋脱体的起始
流体动力学
2025-09-10 v1
摘要
Rankine 椭圆是势流理论中的经典几何，通过将均匀流（速度为 U）与一个分离距离为 2a、强度为 m 的源-汇对叠加而形成，其形状由无量纲参数 Ua/m 控制。虽然 Rankine 体是势流理论的基石，但其在粘性流中的行为尚未探讨。Rankine 椭圆在无粘性流中呈 streamlined 形态，但在粘性流中表现为 bluff body。涡旋脱体的起始是 bluff body 暴露流动中的关键现象，映射稳定到周期性 wakes 的转变。本研究系统地调查了 Rankine 椭圆流动中涡旋脱体的起始及其相关流体力学，通过对 Reynolds 数从 10 到 200、Ua/m 从 0 到 1 的不可压缩流经 Rankine 椭圆进行直接数值模拟。研究结果显示 Ua/m 与临界 Reynolds 数之间存在线性关系。本研究进一步表征了升力系数和阻力系数以及 Strouhal 数，分析了涡旋形成，并进行数据驱动的维数分析。该分析识别了决定 St 和摩擦阻力系数作为 Re 的函数的无量纲量，独立于 Ua/m。对于足够大的 Ua/m，可使用势流解来估计压力阻力，从而可在无需数值模拟的情况下可靠预测总阻力。这些结论总体为不同流条件下 Rankine 椭圆的流体力学提供了洞见。
引用
@article{arxiv.2509.07192,
title = {Onset of vortex shedding in flow past Rankine ovals},
author = {Zhaoyue Xu and Yi Liu and Hua-dong Yao and Shizhao Wang and Guowei He},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.07192},
year = {2025}
}