深纵比对方腔过渡流临界特性的影响研究

作     者：安博 孟欣雨 郭世鹏 桑为民 An Bo;Meng Xinyu;Guo Shipeng;Sang Weimin

作者机构：西北工业大学航空学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000 翼型、叶栅空气动力学国家重点实验室西安710072 

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

年 卷 期：2023年第55卷第6期

页      面：1247-1256页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0702[理学-物理学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：翼型、叶栅空气动力学重点实验室基金(614220121030101) 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室开放课题基金(IADL20210302)资助项目 

主　　题：顶盖驱动方腔流动 过渡流临界特性 流场稳定性 深纵比 流动分岔 

摘      要：流场过渡流临界特性是指流场因流动分岔而引起的流动状态和流场物理特性变化.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对解释复杂流动现象意义重大.文章针对不同深纵比(R∈[0.1,2.0])的顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场稳定性分析研究.预测Hopf,Neimark-Sacker和period-doubling流动分岔及湍流始现的临界雷诺数;分析流场演化模式,发现对应不同的深纵比,有些流动遵循经典的Ruelle-Takens模式,有些流动则会由周期性流动跃变至湍流;捕捉和分析各种流动现象,如流场稳定性丧失、能量级串、流场拓扑结构变化规律等.研究成果对于揭示深纵比这一几何参数对腔体内流过渡流临界特性的影响规律意义重大,进一步完善了内流流场特性的研究.研究发现,Moffatt效应不仅存在于拥有尖锐夹角的内部流动中,也出现于挤压拉伸的狭长空间;无论是深腔还是浅腔,流场稳定性最初的破坏总是以Hopf流动分岔的出现而开始;就浅腔(R1.0)而言,相较于经典方腔驱动内流(R=1.0),流场稳定性更容易丧失;沿纵向的几何外形拉伸并不是提升流场稳定性的强制约束.