方腔双壁反向驱动流涡结构演化的数值模拟

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1、第3O卷第2期力学季刊VoI．30No．22009年6月CHINESEQUARTERLYOFMECHANICSJune2009方腔双壁反向驱动流涡结构演化的数值模拟何士华，张立翔，徐天茂(1．昆明理工大学水力工程系，昆明650051；2．昆明理工大学工程力学系，昆明650051)摘要：采用微分求积法计算分析了不同雷诺数的二维方腔驱动流涡结构特性。数值模拟着重研究了雷诺数从0．Ol到1000变化对方腔双壁反向驱动流涡结构演化的影响，给出了涡演化过程的流型图和分叉图。结果表明，当雷诺数接近0时，腔内流动呈现对称的涡结构流型；随

2、着雷诺数增加，子涡的大小和中心位置发生变化，鞍点始终位于方腔的中心，腔内流动形成非对称的斜扭流型；当雷诺数增大到某一临界值后，单一大涡占住整个方腔，大涡的形状变得更圆；如果雷诺数继续增加，方腔左上角和右下角同时出现二级涡，大涡中心始终位于方腔中心不变。关键词：方腔驱动流；Navier—Stokes方程；涡结构；微分求积法中图分类号：TB126文献标识码：A文章编号：0254—0053(2009)02—176．7NumericalSimulationofVortexStructureEvolutioninaSquareCav

3、itywithTwoOppositeMovingWallsHEShi．hua，ZHANGLi—xiang，XUTian—mao(1．DepartmentofHydraulicEngineering，KunmingUniversityofScience＆Technology，Kunming650051，China；2．DepartmentofEngineeringMechanics，KunmingUniversityofScience＆Technology，Kunming650051，China)Abstract：Thevo

4、rtexstructureoftwodimensionalsquarecavitydrivenflowatdifferentReynoldsnumberwascalculatedbyusingdifferentialquadraturemethod．ThenumericalsimulationfocusesoninvestigatingtheeffectsofReynoldsnumberrangingfrom0．01to1000onvortexstructureevolutionoftheflowinasquarecavi

5、tywithtwooppositemovingwalls．Theflowpatternsandbifurcationdiagramsweredeter-mined．Thenumericalresultsshowthattheflowinthecavitytakesontheflowpatternofsymmetricvor—texstructurewhenReynoldsnumberapproaches0．WithReynoldsnumberincreasing，thesizesandcen—terpositionsoft

6、hesub—eddiesappeartobeaffected，whereasthesaddlepointisstilllocatedatthecavitycentre，resultinginanasymmetricskewedflowpatterninthecavity．Itobservesthatonelargevortexoccupiestheentirecavity；theshapeofthelargevortexbecomesmorecircularafteracriticalvalueofReynoldsnumb

7、eriSexceeded．IfReynoldsnumberisincreasedfurther，twosecondaryeddiesemergesim-ultaneouslyontheupperleftcornerandthelowerrightcorner．Thecentreofthelargevortexisinvaria-blylocatedatthecavitycentre．Keywords：cavitydrivenflow；Navier．Stokesequation；vortexstructure；differe

8、ntialquadraturemethod方腔驱动流包含许多复杂的流动现象，诸如不同类型和不同尺度的涡结构、暂态和湍流现象、各种不稳定性等，这些重要的流动现象与很多工程应用密切相关。同时，方腔驱动流因其几何形状相对简单而被广泛用于验证和比较粘性不可压缩流动不同算法的有效性。收稿日期：2008—09-18