平面尾流中粒子与旋涡的相互作用

【摘要】：高Re数(10~4)下实验所观察的平面尾流中粒子弥散的特征结构已经被采用离散涡方法所得结果再现(Tang,et al 1992;Yang,et al 2000)。为了追踪中等Re数(10~2)下平面尾流中粒子弥散行为,本文采用谱元法直接数值模拟中等Re下平面尾流场,通过与稀疏粒子动力学方程耦合研究粒子与尾流场中旋涡的相互作用。结果表明在高Froude数下,粒子弥散的特征结构仅依赖于Stokes数。但在低Froude数下,粒子弥散的特征结构明显依赖于Stokes数和Froude数。通过引入特征参数K来给出它们的不同影响的阈值。当κ0.05时,粒子弥散分布在涡街中心区,由涡核区演化到涡街外缘区分布,主要依赖于Stokes数。当0.05κ0.25时,粒子轨迹主要分布在涡街下半区,仅有少量粒子分布在涡街上半区。当0.25κ时,粒子随着流向距离的增加而逃逸出涡街中心区,Froude数起主要作用。