本文研究槽道内的涡旋波流动,属于非定常流和旋涡的控制及利用的研究范畴。它能够在较低Re数下产生较强的对流混合。本文采用数值模拟的手段,对二维槽道内的涡旋波流场进行了模拟计算和研究。 通过改变二维槽道的入流条件、槽道的结构尺度、Re数、St数等参数条件,系统地研究了涡旋波的形成及其流动参数的变化规律。 研究结果表明: 入流条件对涡旋波的形成有较大的影响。纯振荡流入流条件能形成较规则的涡旋波;振荡流迭加小的稳定流入流条件也能形成涡旋波,但其正反向入流时,旋涡的个数和演化规律与纯振荡流入流条件有较大的区别;单向间歇脉动流入流条件只能在正向入流阶段形成涡旋波。 槽道采用直角、45度角、圆弧等扩张方式都能形成涡旋波,且运动规律相似,主要旋涡的大小、个数相同,角涡在直角扩张和圆弧扩张的槽道中比较明显,但在45度角扩张的槽道中几乎没有角涡出现。对于直角扩张的槽道,槽道的扩张比在1:1.4～1:2.8的范围内都能形成涡旋波流动。 St数、Re数是涡旋波流场的重要影响因素。在一定的Re数下,随着St数的增大,旋涡的个数、大小、运动距离减小,主流波长减小,槽道尺度的设计也要随之减小;在一定的St数下,随着Re数的增大,涡旋波流场中主要旋涡的个数基本没有影响,旋涡的位置略向上游,主流波长略有减小,次生旋涡增加。 本文也对涡旋波流场的流动参数进行了研究。涡旋波流场中旋涡有其独特的运动规律——先向下游移动,停留很短的时间后,然后向上游移动。在整个扩张段,涡旋波流场中的涡量呈周期性波状规律。在一定的Re数下,随着St数的增大,涡量的波动幅度减小;在一定的St数下,随着Re数的增大,涡量线性增加。剪切应变与涡量变化规律相似。通过对涡旋波流场旋涡运动规律及参数的研究表明,入流减速阶段是影响涡旋波流场的重要因素,有效的控制入口流速减速阶段的时长,是控制涡旋波流动的关键。 本文对涡旋波的形成机理进行了初步的研究,为涡旋波的进一步应用研究打下了一定了基础。