跨临界温度条件下湍流槽道流中的拟相变效应
流体动力学
2017-12-18 v1
摘要
我们对超临界压力下具有分别为超临界（Ttop > Tpb）和亚临界温度（Tbot < Tpb）的等温上下壁的可压缩湍流槽道流进行了直接数值模拟（DNS），其中 Tpb 为拟沸腾温度。DNS 采用完全可压缩 Navier-Stokes 方程守恒形式的高阶离散，并以 Peng-Robinson（PR）状态方程封闭。调整体密度以获得约 pb = 1.1pcr 的体压力，其中 pcr 为工质的临界压力。研究的顶底温差为 DT = 5 K、10 K 和 20 K，其中 Ttop/bot = Tpb ± DT / 2；忽略浮力效应。改变 DT 使拟相变的平均位置从 ypb/h = -0.23（DT = 5 K）变到 0.89（DT = 20 K），其中 h 为槽道半高，y = 0 为中线位置。真实流体效应导致平均速度剖面中相对于经典标度律的明显偏离。由拉伸与倾斜引起的涡量生成随 DT 减小。接近拟过渡层抑制了速度脉动的强度，同时增强了密度与温度脉动。条件概率分析揭示，经历拟相变的流体薄层以密度脉动峰度的急剧降低为特征，并随 DT 增大而变薄。瞬时可视化显示来自拟液相黏性底层的稠密流体喷射，部分到达槽道核心，导致相应缓冲层区域密度偏度为正的数值（上壁则相反）。
引用
@article{arxiv.1712.05777,
title = {Pseudophase-Change Effects in Turbulent Channel Flow under Transcritical Temperature Conditions},
author = {Kukjin Kim and Jean-Pierre Hickey and Carlo Scalo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.05777},
year = {2017}
}
备注
39 pages, 32 figures, 6 tables