方形管道流中的湍流与二次流
流体动力学
2018-03-14 v1
摘要
我们通过直接数值模拟研究了压力驱动下具有方形横截面的管道中的湍流，雷诺数范围足够宽，以达到代表充分发展湍流的流动条件。数值模拟在极长的积分时间内进行，以获得流动统计量的充分收敛，特别是对由此产生的二次流的高保真表征。研究发现，二次流的强度约为主体流速的 1-2%，且不受雷诺数变化的影响。流向涡量方程中平均对流项的微小性表明二次流具有简单的特征，发现在渐近高雷诺数 regime 下，它们可以被拉普拉斯算子的特征函数很好地近似。尽管二次流会沿管道周长重新分布壁面剪切应力，但我们发现它们对平均速度场的影响不大，该速度场可以很好地表征为由四个独立的平板壁面共同作用的结果，每个壁面控制四分之一的流动区域。因此，我们发现基于水力直径概念及其修正的参数化方法能够成功预测管道摩擦系数。
引用
@article{arxiv.1707.03638,
title = {Turbulence and secondary motions in square duct flow},
author = {S. Pirozzoli and D. Modesti and P. Orlandi and F. Grasso},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.03638},
year = {2018}
}