相邻圆柱/斜坡及其展向间距对平板流动转捩影响的直接数值模拟

摘要

针对相邻粗糙元对平板转捩的影响尚未阐明的问题，基于直接数值模拟研究了由圆柱和斜坡两种形状组成的展向相邻粗糙元布局诱导平板边界层发生的转捩。粗糙元采用嵌入边界法进行解析，两种形状的粗糙元展向间距分别设为2.5h、5h,h为粗糙元高度。结果表明，强扰动的斜坡会主导发卡涡破碎、转捩的起始点以及平均流向脉动流输送的能量，不考虑斜坡时，展向间距的减小能有效促进转捩。不同形状粗糙元间的耦合作用会产生比相同形状粗糙元下更强的非线性相干结构。斜坡的强扰动主要是对相干结构的壁法向、展向两种脉动波产生贡献，而不是流向脉动波。适当小的展向间距所加强的不同形状相邻粗糙元间的耦合作用，有利于中心位置处非线性结构的演化，并且这种非线性结构可由全频带内的若干线性模态进行近似。当展向间距适当时，不同形状的粗糙元会在近下游的某个位置产生非线性结构的低频共振，这极大地增强了非线性结构的演化。

关键词

直接数值模拟 / 线性模态 / 相干结构 / 粗糙元

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52176044）