论文部分内容阅读
湍流机制和转捩问题一直以来都是流体流动最大的谜团,该谜团的破解可能会带来非线性科学的重大突破。多孔介质中的流体流动更为复杂,对其规律的把握更加困难。然而由于其在自然界和工农业生产各个领域的广泛应用,对其转捩问题和湍流特征的研究具有重要意义。本文利用PIV测试系统和Tecplot后处理软件探究了20mm叉排玻璃球床多孔介质的流态特征,得到了该条件下流态随雷诺数的变化规律和转捩的相关特征。使用Tecplot分析软件,得到了不同雷诺数下20mm叉排玻璃球床多孔介质中心截面的流场、流线和等涡量线图。流场图研究表明,在Re=4.7,流速小,分布均匀,在Re=23.3处流场已有变化,部分区域流速开始增大,Re=128.4时流场变化显著,在Re=128.4,X轴100mm至120mm,在Y轴20mm至40mm之间的区域开始形成四边形图案,此图案一直到Re=1000都稳定存在,只是大小形状随雷诺数略有改变,体现了湍流拟序结构的一般特征。根据流线图,在Re=23.3,流线已有一定程度的变化,在Re=217.8至Re=245.1间,流线及其分布发生了大的改变,在Re=128.4,在X轴100mm至130mm,在Y轴20mm至80mm之间的区域形成海螺状图案,此图案直到Re=1000都存在,但形状和大小随雷诺数有一些不同,因此流线也表明了拟序结构的存在,而且与流场表现形式不同。根据对X、Y方向上的速度、脉动速度及湍流强度分析,对坐标为(83.914383,115.81933)的位置处,在Re=4.7到Re=1000的变化过程中,X、Y方向上的速度、脉动速度随雷诺数增大而增大,并且在Re=128.4时,X、Y方向上的速度、脉动速度和湍流强度也发生了显著改变。对其余4个不同位置点研究也表明了与坐标为(83.914383,115.81933)的位置点几乎相似的变化规律。因此根据流场、流线、速度和脉动速度的变化综合分析表明,在Re=128.4时,本文实验条件下的多孔介质内部流动已经完全进入湍流,所以层流到湍流的转变雷诺数一定在Re=81.7和Re=128.4之间,也包括Re=128.4。