恒定有压扩散流的大涡模拟研究及局部不稳定性分析

"该文是2007年发表在《天津大学学报》的一篇自然科学论文，主要探讨了恒定有压扩散流的大涡模拟(LES)方法。作者通过数值模拟研究了不同雷诺数下扩散段内的水流特性，分析了流动的瞬态和时均流动特性，特别是局部不稳态现象及其原因。" 本文详细介绍了采用大涡模拟(LES)技术对恒定有压扩散流进行数值分析的研究。大涡模拟是一种介于全尺度直接模拟(DNS)和 Reynolds 平均 Navier-Stokes 方程(RANS)模型之间的方法，它直接求解大尺度涡旋的 Navier-Stokes 方程，而将小尺度涡旋用 Smagorinsky 的亚格子模型进行近似处理。这种方法的优势在于能够捕捉到流动中的大尺度动力学行为，同时减少了计算复杂性和成本。 作者对不同雷诺数下的扩散段水流进行了数值模拟，雷诺数是衡量流体惯性与粘性力之间关系的一个关键参数。通过对各个雷诺数下的时均速度场进行分析，可以揭示扩散段内流态的变化规律。时均速度场提供了流动的平均特性，有助于理解流体的宏观行为。 此外，文中还深入探讨了扩散段内连续瞬态流场的结构特点。瞬态流场分析揭示了流体流动的动态行为，包括分离区内漩涡的变化规律。在恒定流状态下，作者观察到扩散段内存在局部不稳态现象，即主流的非周期性摆动。这种现象表明，尽管总体流动保持稳定，但在特定区域内，流动表现出不规则的振荡，这对理解和预测扩散流的行为至关重要。 局部不稳态现象的出现可能与流体的边界层分离、湍流活动以及雷诺数的影响有关。在流动分离区域，由于压力差和流体粘性的作用，流体会形成漩涡，这些漩涡的动态演变会进一步影响流场的稳定性。通过对比计算结果和实验数据，作者发现两者有较好的一致性，这验证了数值模拟方法的有效性。 这篇论文通过大涡模拟技术深入剖析了恒定有压扩散流的流动特性，对于理解和改善工程中的扩散流动问题具有理论指导意义。研究结果可应用于水力学、航空航天工程、机械工程等多个领域，对优化设计和控制流体流动性能提供重要参考。