同心圆筒湍流减阻控制的数值研究

内壁周向振动的同心圆筒湍流减阻控制数值研究 本研究主要探讨了同心圆筒湍流流动中的减阻控制问题，通过采用直接数值模拟的方法，对同心圆筒间由轴向定压力梯度驱动的湍流流动进行了研究。计算模型的内外筒半径比为0.1，用平均流向速度Um和内外筒半间距H无量纲的雷诺数为2225。 研究表明，采用横向壁面振动的控制形式能达到较好的减阻效果，但对于同心圆筒间湍流流动，内筒旋转可能会导致流动失稳从而增大壁面摩擦阻力。因此，本研究考察了不同内筒振动周期对减阻效果的影响，并考虑了壁面阻力与近壁面涡结构之间的联系。 当振动周期较小时，由壁面运动形成的展向Stokes层能有效地破坏近壁相干结构，从而抑制湍流强度减小摩擦阻力；然而当振动周期较长时，离心力导致的不稳定作用逐渐显现，泰勒涡有充足的时间发展，由泰勒涡诱导的强烈法向动量输运会导致摩擦阻力增大。 本研究的结果表明，内筒振动对同心圆筒湍流流动的减阻控制具有重要影响。研究结果可为湍流减阻控制提供有价值的参考。 知识点： 1. 湍流减阻控制的重要性：湍流减阻控制是流体力学中一个重要的研究方向，目的是减少流体中的摩擦阻力，从而提高流体的传输效率。 2. 横向壁面振动的控制形式：横向壁面振动是一种有效的减阻控制方法，通过对壁面的振动，破坏近壁相干结构，从而抑制湍流强度减小摩擦阻力。 3. 同心圆筒湍流流动的特点：同心圆筒湍流流动是一种复杂的流体现象，内筒旋转可能会导致流动失稳从而增大壁面摩擦阻力。 4. 内筒振动对湍流减阻的影响：内筒振动对同心圆筒湍流流动的减阻控制具有重要影响，振动周期的长短会对减阻效果产生不同的影响。 5. 泰勒涡的作用：泰勒涡是湍流流动中的一种重要结构，会导致流体中的法向动量输运，从而增大摩擦阻力。 6. 数值模拟在湍流研究中的应用：数值模拟是一种有效的研究方法，能够模拟复杂的流体现象，研究湍流流动的机理和特点。 7. 湍流减阻控制的应用前景：湍流减阻控制的研究结果可应用于各种流体传输系统，例如管道输送、空气动力学等，提高流体的传输效率和减少能耗。