自由圆湍射流不稳定性与界面拟序结构研究 - 农业机械学报.PDF

２０１６年 ２月 农 业 机 械 学 报 第 ４７卷 第 ２期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１６．０２．００５ 自由圆湍射流不稳定性与界面拟序结构研究 １ １ ２ １ １ 杨敏官　闫龙龙 　王育立 　龚　辰 　陆金刚 （１．江苏大学能源与动力工程学院，镇江 ２１２０１３；２．皇家理工学院力学部，斯德哥尔摩 １００４４） 摘要：采用两相流动的大涡模拟对自由圆湍射流的流动不稳定性及界面拟序结构进行了数值模拟。通过计算探讨 了射流液体的不稳定性机制。研究了喷嘴入口速度及入口扰动对射流近场区的不稳定性和涡结构特性的影响。 研究中，对雷诺数在 １００００～８００００内施加不同强度扰动后的射流流场进行了系统的模拟计算。结果表明：射流入 口速度及外部扰动对射流的稳定性有重要的作用，随射流速度和扰动强度增加，其未扰液核长度下降，表面波尺度 减小，射流近场区产生更为丰富（长度尺度多、涡旋强度范围大）的特征涡旋结构；从射流的时均流场看出，在相同 雷诺数不同扰动强度（或相同扰动强度不同雷诺数）下射流时均速度沿中心轴线衰减率基本类似；随雷诺数增加， 射流对周围流体的正卷吸作用加强，沿流向的径向扩散更为显著。 关键词：射流；拟序结构；不稳定性；大涡模拟 中图分类号：ＴＰ６９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１６）０２００３５１０ ＩｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＣｏｈｅｒｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＦｒｅｅ ＲｏｕｎｄＴｕｒｂｕｌｅｎｔＪｅｔ １ １ ２ １ １ ＹａｎｇＭｉｎｇｕａｎ　ＹａｎＬｏｎｇｌｏｎｇ　ＷａｎｇＹｕｌｉ　ＧｏｎｇＣｈｅｎ　ＬｕＪｉｎｇａｎｇ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ ２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＲｏｙａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ１００４４，Ｓｗｅｄｅｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｂａｓｉｃｆｌｏｗｆｏｒｍ，ｆｒｅｅｒｏｕｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｊｅｔｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｕｓｔｒｙｆｉｅｌｄｓｓｕｃｈａｓ ｗａｔｅｒｊｅｔｃｕｔｔｉｎｇ，ｗａｔｅｒｃｌｅａｎｉｎｇ，ｆｕｅｌｓｐｒａｙ，ｅｔｃ．Ｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｊｅｔａｎｄｓｏｍｅｏｆｉｔｓ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｔｉｓｃｒｕｃｉａｌｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｊｅｔｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ．Ａ ｒｏｂｕｓｔｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＬＥＳ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｌｉｑｕｉｄｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄｔｈｅｃｏｈｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｆｒｅｅｒｏｕｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｊｅｔ．Ｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｗａｓｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｔｈｅｌｉｑｕｉｄ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｉｔｈｏｕｔｒｅｓｏｒｔｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ．Ｓｐｅｃｉａｌａｔｔｅｎｔｉｏｎｗａｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｈｏｗｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｄｄｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｈｅｎｅａｒｆｉｅｌｄｏｆｒｏｕｎｄｊｅｔｗｅｒｅａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｉｍｐｏｓｅｄｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．Ｉｎｔｈｉｓｒｅｓｐｅｃｔ，ｔｈｅｃａｓｅｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆＲｅ＝１００００～８００００ａ