Transient response of enstrophy transport to opposition control in turbulent channel flow

The transient response of the turbulent enstrophy transport to opposition control in the turbulent channel flow is studied with the aid of direct numerical simulation. It is found that the streamwise enstrophy and the spanwise enstrophy are suppressed by the attenuation of the stretching terms at first, while the vertical enstrophy is reduced by inhibiting the tilt of the mean shear. In the initial period of the control, the streamwise enstrophy evolves much slower than the other two components. The vertical vorticity component exhibits a rapid monotonic decrease and also plays an important role in the attenuation of the other two components.     

槽道湍流中拟涡能输运对反向控制的瞬时响应

利用直接数值模拟研究了槽道湍流中脉动拟涡能输运对反向控制的瞬时响应． 发现流向和展向拟涡能的衰减首先由拉伸产生项的抑制引起,而法向拟涡能的减小是因为控制阻碍了平均剪切的倾斜．在控制的初始阶段,流向拟涡能的演化远远落后于其它两个分量的变化．法向涡量快速单调减小,并对其它两个分量的减弱起到了重要作用．     

基于壁面主动变形的湍流减阻控制研究

采用谱方法, 对反向控制下壁面主动变形的槽道湍流进行了直接数值模 拟研究. 结果表明, 在壁面最大变形量小于5倍黏性尺度条件下, 压差阻力可略, 摩擦阻力 降低7.6%. 施加控制后, 湍流强度和雷诺应力受到明显抑制, 平均速度剖面对数区上移. 受壁面法向运动的影响, 条带结构强度减弱、尺度变大; 流向涡外移且强度减弱, 其倾斜和 抬起的角度均有不同程度的减小. 壁面变形呈现流向拉长的凹槽结构, 其平均间距 为90倍黏性尺度.     

运动壁面槽道流动的直接数值模拟

采用谱方法,在曲线坐标系下对不可压缩Newton流体的N-S方程进行求解,采用定义在物理空间中的流动物理量以避免使用协变、逆变形式的控制方程．在计算空间采用Fourier-Chebyshev谱方法进行空间离散,时间推进采用高精度时间分裂法．为了减小时间分裂带来的误差,采用了高精度的压力边界条件．与其他求解协变、逆变形式控制方程的谱方法相比,该方法在保持谱精度的同时减小了计算量．首先通过静止波形壁面和行波壁面槽道湍流的直接数值模拟,对该数值方法进行了验证;其次,作为初步应用,利用该方法研究了槽道湍流中周期振动凹坑所产生的流动结构．