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轴对称层流到湍流转捩区间速度和温度的振荡统计特性研究

张若凌 乐嘉陵

张若凌, 乐嘉陵. 轴对称层流到湍流转捩区间速度和温度的振荡统计特性研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 30-42. doi: 10.11729/syltlx20180117
引用本文: 张若凌, 乐嘉陵. 轴对称层流到湍流转捩区间速度和温度的振荡统计特性研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 30-42. doi: 10.11729/syltlx20180117
Zhang Ruoling, Le Jialing. The statistics of velocity and temperature fluctuations in axisymmetric laminar-to-turbulent transitions[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 30-42. doi: 10.11729/syltlx20180117
Citation: Zhang Ruoling, Le Jialing. The statistics of velocity and temperature fluctuations in axisymmetric laminar-to-turbulent transitions[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 30-42. doi: 10.11729/syltlx20180117

轴对称层流到湍流转捩区间速度和温度的振荡统计特性研究

doi: 10.11729/syltlx20180117
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2017YFB0202400

国家重点研发计划项目 2017YFB0202404

详细信息
    作者简介:

    张若凌(1973-), 男, 湖北钟祥人, 研究员。研究方向:超燃冲压发动机的主动冷却结构设计、计算流体力学和高超声速空气动力学。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号1902信箱(621000)。E-mail:zhangruoling@cardc.cn

    通讯作者:

    张若凌, E-mail:zhangruoling@cardc.cn

  • 中图分类号: V211.1

The statistics of velocity and temperature fluctuations in axisymmetric laminar-to-turbulent transitions

  • 摘要: 热力学平衡系统连续相变的理论方法,被推广用来讨论圆管内轴对称层流到湍流转捩区间的流动和振荡特性。假设在转捩区间径向脉动速度与充分发展区的湍流在数值上完全相同,在每一个截面上转捩流动可以看成是充分发展区的层流和湍流的合成流动。湍流成分的合成比例作为序参数用来定义合成流动。引入合成比例的振荡后,运用最小熵产生准则得到一个可以描述转捩行为的方程。采用相同的处理方法讨论了加热圆管内转捩区间的对流传热特性。在圆管内的流动和对流传热允许相似和独立的转捩过程,在转捩区间宏观振荡同时具有随机性和确定性。最后与实验进行了对比,包括流动和传热实验得到的测量结果。
  • 图  1  两相自由能的变化

    Figure  1.  Variation of free energy for two phases

    图  2  圆管内的流动示意

    Figure  2.  Schematic diagram of the flow in a circular tube

    图  3  加热圆管内正十烷的密度、粘性系数和热传导系数以及流动的Re

    Figure  3.  Density, viscosity, thermal conductivity of the fluid and Re in the heated tube

    图  4  在转捩区间里r=0处I的大的过冲

    Figure  4.  Large overshoot of I at r=0 in the transition region

    图  5  r=0处u的对比

    Figure  5.  The comparison of u at r=0

    图  6  r=0处u′的对比

    Figure  6.  The comparison of u′ at r=0

    图  7  电加热管外壁温度和Nu的对比[27]

    Figure  7.  Outer wall temperature and Nu comparisons in an electrically heated tube[27]

    表  1  二元混合物相变和圆管内流动转捩的对比

    Table  1.   Analogies between the phase transition of a binary mixture and the flow transition

    系统 序参数 热力学函数 处理方法
    二元混合物(平衡系统) 浓度x或其线性函数 自由能,混合自由能 混合自由能取极小值来确定x(Landau理论的精神)
    一个截面上的流体微元(非平衡系统) 合成比例η或其线性函数 平均熵产生,平均合成熵产生 平均合成熵产生取极小值来确定η(利用了Landau理论的精神)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-24
  • 修回日期:  2018-09-18
  • 刊出日期:  2019-04-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日