实验室周岱教授研究团队在《Physics of Fluids》撰文揭示尾迹湍流干扰研究新进展[图]

2018-11-01

      日前，海洋工程国家重点实验室周岱教授研究团队在美国物理联合会（American Institute of Physics, AIP）主办的流体力学领域国际权威期刊《流体物理》（Physics of Fluids），以“Modification of turbulent wake characteristics by two small control cylinders at a subcritical Reynolds number”（DOI: 10.1063/1.5046447）为题，在线发表了柱体尾迹湍流干扰效应研究的新进展，成果作为主编精选（Editor‘s Pick, EP）论文的首篇登载于该刊网站主页。研究生闫亭为第一作者，周岱教授和包艳副研究员为共同通讯作者。

     自然界和工程实际中广泛存在钝体绕流现象。流体流动经过钝体，因流动分离和旋涡脱落而使钝体承受周期性流体动力作用。这种动力作用可能诱发钝体大幅度振动而减损其性能和寿命。与此相反，对海流能或潮流能的利用，通过激发流体流动引起的钝体结构振动可获取其周围海流能或潮流能。圆柱做为典型钝体，其绕流是研究上述互逆问题的流体力学经典物理模型。已有研究显示，在近尾流区适当位置配置小径圆柱体可有效控制主圆柱尾流性态及其发展；但对此问题的现有研究多集中于层流流动范围，这与客观不符。   

    尾迹湍流问题十分复杂。周岱研究团队面向自然界和工程的客观实际，针对亚临界雷诺数条件，系统性量化揭示了两个小径圆柱体对主圆柱尾迹湍流特性的复杂干扰效应和影响规律。通过精细化分析，发现湍流条件下小径圆柱体对主圆柱水动力特性的影响与层流条件下的情形完全不同，小径圆柱体对湍流强度的增强效应十分明显，并显著改变回流区的拓扑结构（见图1）。主圆柱与小径圆柱间的喷射流使剪切层湍流的转捩猝发位置向前移动，导致雷诺应力的显著增强和水动力特性的明显改变（见图2）。成果揭示的湍流条件下小径圆柱体对主圆柱尾迹涡动力学特性的干扰效应机理，对研究钝体绕流的巧妙控制和有效利用具有重要的科学价值和应用意义。

图 1 小径圆柱体对主圆柱尾迹湍流特性的干扰效应的可视化结果（三维和两维尾迹涡结构）

图 2 小径圆柱体对主圆柱尾迹湍流特性的干扰效应的量化结果（-无控；——有控）

 

    该项工作得到国家自然科学基金委、上海市科委和上海市教委等项目的资助。

    论文链接：https://aip.scitation.org/journal/phf ，或https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5046447

 

作者：包艳