穩(wěn)定分層湍流逆梯度輸運(yùn)特性的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究.pdf

1、湍流是經(jīng)典物理中僅有的幾個(gè)尚未解決的難題之一，也是自然界中常見(jiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象。在分層湍流情況下，流動(dòng)特性變得更加復(fù)雜。本文在綜述以往湍流標(biāo)量和動(dòng)量輸運(yùn)特性研究的基礎(chǔ)上，數(shù)值研究了剪切和分層對(duì)分層湍流中標(biāo)量和動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)(CGT)的影響，并且實(shí)驗(yàn)研究了分層和剪切對(duì)混合層的影響。主要結(jié)果如下： 首先，利用雷諾應(yīng)力模型(RSM)研究了分層流動(dòng)：槽道分層流動(dòng)和明渠分層流動(dòng)。主要研究了鹽度和溫度分層流動(dòng)湍流動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)的差別，溫度和鹽度分

2、層條件下混合層形成的差別，剪切和分層對(duì)混合層和湍流逆梯度輸運(yùn)的影響；以及存在自由表面情況下剪切和分層對(duì)湍流動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)的影響。本文研究表明：(1)在相同的分層和剪切條件下，溫度分層形成的混合層比鹽度分層形成的混合層更厚；(2)隨著分層的加強(qiáng)湍流動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)變得更加明顯，隨著剪切的加強(qiáng)湍流動(dòng)量的逆梯度輸運(yùn)減弱；(3)無(wú)剪切的溫度分層流動(dòng)存在湍流動(dòng)量的逆梯度輸運(yùn)，而鹽度分層流動(dòng)中沒(méi)有出現(xiàn)湍流動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)現(xiàn)象；(4)在槽道流動(dòng)中，當(dāng)上下

3、兩層流體的相對(duì)速度發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)的區(qū)域沒(méi)有明顯的變化，只是雷諾應(yīng)力和平均輸運(yùn)梯度零點(diǎn)的相對(duì)位置發(fā)生了變化。而明渠流動(dòng)中由于受到自由表面的影響，當(dāng)下層的速度大于上層時(shí)，湍流動(dòng)量逆梯度輸運(yùn)較明顯，反之則較弱。 其次，用大渦模擬(LES)方法研究了均勻剪切連續(xù)分層流動(dòng)。主要研究了不同梯度Richardson數(shù)下湍流動(dòng)量和標(biāo)量輸運(yùn)特性。得到以下結(jié)論：(1)隨著梯度Richardson數(shù)的增大，湍流動(dòng)能減小，湍流勢(shì)能增大；(2