龙卷旋涡的大涡模拟及能量分离机理

为揭示龙卷旋涡内部的能量分离机理,探索这种特殊旋涡的形成条件,采用亚网格动能(k方程)、有限容积方法对基于Ranque-Hilsch效应的旋涡发生器内部及外部空间可压缩强旋气流进行了大涡模拟(LES)研究.模拟结果再现了强旋气流的特征以及实验观察到的能量分离和真空度分布规律.结果表明,常温气流在强烈旋转时会形成径向温度梯度(即所谓的"能量分离"),其根本原因是旋转流动产生的径向压力梯度和气体的可压缩性协同作用所致;同时发现,在切向进气的喷嘴喉部存在局部降温现象,这有待实验进一步证实.研究结果为深入认识龙卷旋涡特性提供了重要依据.