肋条湍流减阻机理的研究

本文采用热线实验和大涡模拟数值计算方法,对三角形肋条的局部摩擦阻力和表面流场进行了测量和模拟,并对肋条的减阻机理进行了分析。结果发现,在整体减阻情况下,肋条表面局部摩擦阻力在展向位置分布不均匀,在肋尖附近区域为局部增阻区,在肋底附近为局部减阻区。在此基础上,通过涡动力学分析建立了局部摩擦力和流场涡运动之间的理论关系式,定量得出法向涡量和展向涡量的扩散流率是决定壁面摩擦阻力的两个因素。进一步研究发现,法向涡量和展向涡量的扩散流率主要集中在肋尖及其两侧,使得该区域能量输运和耗散强烈,形成局部增阻区。而在肋底附近,法向涡量和展向涡量的扩散流率较小,涡运动微弱,形成局部减阻区。

三角肋条大涡模拟与减阻机理研究

已有实验表明三角肋条具有较好的表面减阻效果,但雷诺时均湍流模型难以模拟与揭示肋条减阻机理。本文采用大涡模拟(LES)对下壁面安装肋条的槽道流进行模拟,通过减阻率与实验值的对比以及平均速度剖面和脉动速度均方根等与直接数值模拟(DNS)结果的对比确认本文计算的准确性。根据计算的流场细节分析表明:肋条通过增加近壁区的边界层厚度,抑制流向涡的发展,减少近壁活动,使得近肋条壁面的剪切力比平板的剪切力小而获得减阻。