涡识别技术及其在船用螺旋桨伴流场中的应用

作     者：杨琳 郑兴 Yang Lin;Zheng Xing

作者机构：哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第11期

页      面：3032-3041页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研究开发项目(2020YFB1506701) 国家自然科学基金(51739001,51879051) 浙江省远岸风电技术重点实验室开放基金(ZOE20200007) 黑龙江省自然科学基金(LH2020E071)资助 

主　　题：涡识别 船用螺旋桨 伴流场 大涡模拟 

摘      要：涡识别是很重要的流体问题,为了在船用螺旋桨伴流场中寻找一种合理的涡识别方法,本文结合实践,研究了六种涡识别技术理论,其中使用Burgers涡流和Lamb-Oseen涡流作了必要的解释,讨论了各种识别方法的优缺点.局部低压标准比较直观,但深究其黏性和非定常影响后,明显不足;迹线或流线显然不能满足伽利略不变性,会使辨别变得混乱;涡度大小需要规定其阈值,具有一定不确定性,且也会识别不是涡的涡片;速度梯度张量的复特征值也会有识别不出的区域;速度梯度张量的第二不变量标准和对称张量的第二特征值标准能更好地识别涡核,这两种标准有时等效.螺旋桨伴流场的数值模拟是在开源软件OpenFOAM平台上实现的,湍流大涡模型由一种局部动态方程建模,此模型优于动态Smagorinsky模型.最终的结果显示:对于船用螺旋桨伴流场中的涡,采用速度梯度张量的第二不变量和对称张量的第二特征值的结果基本一致,而最小压力标准、流线或迹线标准、涡度值标准和速度张量的复特征值标准都存在一定的缺陷,不适用于船用螺旋桨伴流场中的涡识别.