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本文采用直接数值模拟方法对双固壁槽道和带自由面槽道的法向旋转湍流及热传导问题进行了研究,详细地分析了系统旋转对固壁或自由面附近湍流的增强或抑制作用以及对热传导的影响。
由于法向旋转诱导的科氏力的作用形成展向平均流动,从而在槽道壁面附近上导致了展向平均流的剪切作用。随着旋转数的增加,压力梯度方向平均速度单调减小,展向平均速度先增后减。在不同的旋转状态下,平均流剪切强度的改变致使近壁区三个方向湍流强度和雷诺应力发生变化,并且进一步影响到流场和温度场的变化。为了揭示旋转效应对湍流特性以及热传导的影响,对流场的平均速度、平均温度、速度和温度的脉动量、湍流热通量和湍流结构进行了分析,研究发现科氏力在旋转流中的重要作用。
在法向旋转双固壁槽道湍流及热传导问题中,当旋转数介于0至0.6时,与展向速度相关的湍流和热统计量随着旋转数的增大而增强,而其它的统计量则减弱;当旋转数大于0.6时,湍流和热统计量都显著减弱。同时,为了更好的了解旋转效应对热传导的影响,还进一步对热输运方程中的各项进行了研究,并对固壁附近条带结构的间距和偏转角随旋转数的变化关系进行了讨论。在带自由面的旋转槽道湍流和热传导问题中,还研究了固壁和自由面对统计量的影响。由于自由面上没有剪切应力的存在,固壁和自由面附近的流动结构表现完全不同。