Generation and Growth of Coherent Structures and Turbulent Elementary Vortices

相干结构和湍流基本涡旋的产生和增长

基本信息

  • 批准号:
    12125203
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The main objectives of the present studies are to clarify the generation and growth process of large-scale coherent vortical structures and their subsequent breakdown into small-scale elementary vortices and then to develop elemental manipulation methods for turbulence control. In the study on the wall turbulence mechanism the so-called near-wall streaks are experimentally examined to find that the algebraic growth mechanism is responsible for their occurrence in a laminar wall layer excited by high-intensity random turbulence, and that their instability gives rise to a train of quasi-streamwise vortices of alternating sign and further that the sinuous streak instability can maintain the same low speed streaks of 100 wall units as in fully developed wall turbulence. In the study on the vortical structures in a uniformly sheared turbulence in a rotating system, direct numerical simulations demonstrate that owing to the Coriolis force high-vorticity blobs easily develop to local vortex layers, which soon evolve into tubular vortices. The tubular vortices are intensified and maintained long under a combined effect of the Coriolis force and the vortex-induced pressure gradient. In the study on the turbulence manipulation our research efforts are focused onto the supersonic mixing enhancement using streamwise vortices. The instability and the mixing capability of the so-called hollow vortex are examined theoretically and numerically. Experimentally it is found that the supersonic streamwise vortices can be excited by high-frequency disturbances due to cavity-flow oscillations to have energetic fluctuations in the Kolmogorov's -5/3 power law frequency range for the vortex Reynolds numbers beyond about 10^4. In the study on the vorticity manipulation using pile fabrics our model describing their aerodynamic effect is verified through experimental and numerical efforts in particular for the case of TS waves over the pile fabric wall boundary layer.
本研究的主要目标是澄清大尺度相干涡结构的产生和增长过程,以及随后分解成小尺度的基本涡,然后发展用于湍流控制的基本操作方法。在壁面湍流机制的研究中,对所谓的近壁条纹进行了实验研究,发现在高强度随机湍流激励下的层流壁面层中,代数增长机制是其产生的原因,他们的不稳定性导致了一系列准交替符号的流向涡,并进一步指出,蜿蜒条纹不稳定性可以保持相同的低速条纹的100壁单位,因为在充分发展的壁急流.在对旋转系统中均匀剪切湍流的涡结构的研究中,直接数值模拟表明,由于科氏力的作用,高涡度的涡团容易发展成局部涡层,并很快演变成管状涡。在科里奥利力和涡激压力梯度的共同作用下,管涡得到强化并维持较长时间。在湍流操纵的研究中,我们的研究工作集中在利用流向涡增强超声速混合。本文从理论上和数值上研究了所谓的空心涡的不稳定性和混合能力。实验上发现,当涡雷诺数超过10^4时,由于空腔流振荡引起的高频扰动可以激发超音速流向涡,使其在柯尔莫哥洛夫-5/3幂律频率范围内产生能量波动。在涡量操纵的研究中,我们的模型描述了他们的空气动力学效应,通过实验和数值计算的努力,特别是在TS波的情况下,在毛绒织物壁边界层进行了验证。

项目成果

期刊论文数量(152)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Asai, M., Minagawa, M., Nishioka, M.: "Instability and Breakdown of the Three-Dimensional High-Shear Layer Associated with a Near-Wall Low-Speed Streak"Laminar-Turbulent Transition (eds. H.Fasel, W.Saric), Springer-Verlag. 269-274 (2000)
Asai, M.、皆川 M.、西冈 M.:“与近壁低速条纹相关的三维高剪切层的不稳定性和破坏”层流-湍流转变(H.Fasel 编辑,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Yanase, S., Kawahara, G., Kiyama, H.: "Evolution of three-dimensionality in a backward-facing step flow"Computational Fluid Dynamics JOURNAL. 11・2. 208-212 (2002)
柳濑 S.、川原 G.、木山 H.:“向后阶梯流中的三维演​​化”《计算流体动力学》杂志 11・2(2002 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
坂上昇史, 西岡通男: "超音速境界層前縁近傍におけるTS波動の受容過程"第38回日本航空宇宙学会 関西・中部支部合同秋期大会講演集. 9-12-9-12 (2001)
Noboru Saka,Michio Nishioka:“超音速边界层前缘附近的 TS 波的接收过程”第 38 届日本航空学会关西分会秋季联合会议论文集(2001 年 9 月 12 日) )
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
今井健, 浅井雅人, 島田高宏: "渦励起による乱流境界層の剥離制御に関する実験的研究"日本流体力学会誌「ながれ」. 20別冊. 453-454 (2001)
Ken Imai,Masato Asai,Takahiro Shimada:“涡激对湍流边界层的分离控制的实验研究”日本流体力学学会杂志“Nagare”20号特刊(2001年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
村上洋一, 西岡通男: "柔毛円柱まわりの流れの数値的研究"日本流体力学会誌「ながれ」. 20別冊. 459-460 (2001)
Yoichi Murakami、Michio Nishioka:“软圆柱周围流动的数值研究”日本流体力学学会杂志“Nagare”20 号特刊(2001 年)。
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    08455465
  • 财政年份:
    1996
  • 资助金额:
    $ 44.22万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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    05452306
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  • 资助金额:
    $ 44.22万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
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  • 资助金额:
    $ 44.22万
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    Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
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