涡识别技术及其在船用螺旋桨伴流场中的应用

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涡识别是很重要的流体问题,为了在船用螺旋桨伴流场中寻找一种合理的涡识别方法,本文结合实践,研究了六种涡识别技术理论,其中使用Burgers涡流和Lamb-Oseen涡流作了必要的解释,讨论了各种识别方法的优缺点。局部低压标准比较直观,但深究其粘性和非定常影响后,明显不足:迹线或流线显然不能满足伽利略不变性,会使辨别变得混乱;涡度大小需要规定其阈值,具有一定不确定性,且也会识别不是涡的涡片;速度梯度张量T的复特征值也会有识别不出的区域;速度梯度张量的第二不变量Q标准和对称张量(S~2+Ω~2)的第二特征值λ2标准能更好的识别涡核,这两种标准有时等效。螺旋桨伴流场的数值模拟是在开源软件OpenFOAM平台上实现的,湍流大涡模型由一种局部动态k方程建模,此模型优于动态Smagorinsky模型。最终的结果显示:对于船用螺旋桨伴流场中的涡,采用速度梯度张量T的第二不变量Q和对称张量(S2+Ω~2)的第二特征值λ2的结果基本一致,而最小压力标准、流线或迹线标准、涡度值标准和张量T的复特征值标准都存在一定的缺陷,不适合用于船用螺旋桨伴流场中的涡识别。
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