Stratified flow past a sphere at moderate Reynolds numbers
Stratified flow past a sphere at moderate Reynolds numbers
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流过中等雷诺数球体的分层流
DOI：
10.1016/j.compfluid.2021.104998
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发表时间：
2021
影响因子：
2.8
通讯作者：
Cocetta F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cocetta F
本文报道了雷诺数Re = 200和Re = 300时绕球稳定分层流动的数值研究。在这些流态中，中性分层层流引起明显不同的近尾流特征。然而，流动行为的变化显着的分层增加，抑制了流体包裹的垂直位移的规模。对一系列弗劳德数Fr ∈[0.1，∞]的计算表明，随着弗劳德数的减小，两种雷诺数下的流型变得相似。在Fr = 0.625和Fr = 0.25制度的二维旋涡脱落的背风波不稳定性的代表性模拟说明了过去的单和串联球体的流动，从而提供了进一步的洞察力的动态分层流过去的海崖体。特别是，报告的研究检查的相对影响的粘度和分层的分割流线高程，尾流结构和流动分离。在适用于多体模拟的非结构化网格上，得到了不可压缩Boussinesq极限下的Navier-Stokes方程的解。计算是使用有限体积，非振荡的时间向前（NFT）多维正定传输算法（MPDATA）的求解器。数值近似的影响和有效性，特别是表现出强烈的分层的情况下，也进行了讨论。与现有的实验室实验和以前的数值研究定性和定量的比较证实了数值方法的有效性。
A numerical study of stably stratified flows past spheres at Reynolds numbers R e= 200 and R e= 300 is reported. In these flow regimes, a neutrally stratified laminar flow induces distinctly different near-wake features. However, the flow behaviour changes significantly as the stratification increases and suppresses the scale of vertical displacements of fluid parcels. Computations for a range of Froude numbers F r∈[0.1,∞] show that as Froude number decreases, the flow patterns for both Reynolds numbers become similar. The representative simulations of the lee-wave instability at F r= 0.625 and the two-dimensional vortex shedding at F r= 0.25 regimes are illustrated for flows past single and tandem spheres, thereby providing further insight into the dynamics of stratified flows past bluff bodies. In particular, the reported study examines the relative influence of viscosity and stratification on the dividing streamline elevation, wake structure and flow separation. The solutions of the Navier-Stokes equations in the incompressible Boussinesq limit are obtained on unstructured meshes suitable for simulations involving multiple bodies. Computations are accomplished using the finite volume, non-oscillatory forward-in-time (NFT) Multidimensional Positive Definite Transport Algorithm (MPDATA) based solver. The impact and validity of the numerical approximations, especially for the cases exhibiting strong stratification, are also discussed. Qualitative and quantitative comparisons with available laboratory experiments and prior numerical studies confirm the validity of the numerical approach.
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