内旋流对受限同轴流动的影响

我们研究管道中核心流与环隙流之间的混合问题，考察旋流核心流的影响。此类流动在射流泵、燃烧室和航空航天工程等一系列应用中十分重要。先前的研究表明，旋流可提高剪切层增长率，并且在存在约束壁面的情况下可减少流动分离。然而，旋流对受限流动中压力损失的影响尚不确定。为此，我们建立了一个简化模型，将轴向流剖面近似为分隔均匀速度核心流与环隙流的线性剪切层。方位角流剖面在核心区内近似为刚体旋转，在剪切层内近似为抛物型混合剖面。该模型与计算湍流模拟吻合良好，且其简单性与低计算成本使其非常适用于基准预测和设计目的。利用该模型，我们确认旋流核心流有利于提高剪切层增长率，但发现其不利于压力恢复。这对包含旋流的扩压器设计具有重要影响。我们通过将该区域近似为速度为零的滞止区，利用模型描述了在足够大旋流下沿管道轴线可能形成的缓慢再循环区。此类区域发展的判据由管道扩张角和来流速度剖面给出。