任意周期性展向壁面运动的湍流控制预测
流体动力学
2015-06-16 v1
摘要
为了推广众所周知的用于减阻的展向振荡壁面技术，本文考虑将固体壁面的非正弦振荡作为改变湍流通道流中表面摩擦阻力的手段。我们进行了一系列直接数值模拟 (Direct Numerical Simulations)，除常规正弦波外，系统性地改变了九种不同时间波形的波幅和周期，以评估其控制性能。研究发现，湍流平均展向运动与层流 Stokes 解一致，该解是通过对通用波形进行谐波叠加构建而成的。这使得我们能够针对每种波形定义并计算一个新的 Stokes 层穿透深度，该深度与湍流减阻量相关，并最终能够预测任意波形的湍流减阻量和净节能率。在所考虑的波形中，最大净节能率由处于最优振幅和周期的正弦波获得。然而，正弦波并非在参数空间的每一点上都是最佳波形。我们的预测工具为设计波形提供了简单的指导，使其在给定的（次优）振荡振幅和周期下表现优于正弦波。鉴于实际应用中物理限制往往导致执行器无法达到其最佳工作条件，这一发现具有潜在的应用价值。
引用
@article{arxiv.1306.4541,
title = {Prediction of turbulence control for arbitrary periodic spanwise wall movement},
author = {Andrea Cimarelli and Bettina Frohnapfel and Yosuke Hasegawa and Elisabetta De Angelis and Maurizio Quadrio},
journal= {arXiv preprint arXiv:1306.4541},
year = {2015}
}