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题名蜿蜒边界下平面流的线性流动稳定性
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作者
冀自青
白玉川
徐海珏
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机构
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室
天津大学建筑工程学院河流海岸泥沙研究所
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出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期1075-1086,共12页
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基金
国家自然科学基金(51979185,51879182,52109097)
天津大学水利安全与仿真国家重点实验室开放基金(HESS-2211,HESS-1606)资助项目.
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文摘
为便于数值分析,蜿蜒河流水动力和演变模型中一般隐性假设二次时均流−二次涡的关系与明渠流时均流-明渠湍流的关系相同,但由于高雷诺数下的DNS算力限制和实验尺度限制,这种隐含假设是否成立目前尚无相关湍流研究来支撑.文章试图通过分析明渠湍流和二次湍流发展初期的研究,侧面揭示其湍流结构的异同.通过对曲线正交坐标系下的平面二维NS方程使用双参数摄动的方法,建立了一种求解蜿蜒边界弱非线性层流的摄动解法,并推导得出一个适用于蜿蜒边界的EOS方程以及其特征值问题的解法.蜿蜒边界下弱非线性层流解为一系列蜿蜒谐波分量的叠加,其中线性部分使得两壁产生流速差,非线性部分随着雷诺数增大呈指数增长.水流的扰动增长率特征谱的第一模态与直道流相似,由3条曲线、4个波段合成,但其长波段和短波段的扰动流场与直道流不同,所有短波段的扰动流速近似于KH涡.蜿蜒边界对内部水流扰动有一定的选择性.偏角幅值越大扰动增长越快;蜿蜒波数的影响则为先增后减,有一个使扰动增长最快的蜿蜒波数.扰动流场由一个典型的TS波和一对波包形式的二次涡叠加而成,波包只有纵向流速分量,包络线由蜿蜒波数控制,波包内是与直道扰动波参数相同的TS波.
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关键词
蜿蜒边界
流动稳定性
弱非线性层流
EOS
方程
二次涡
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Keywords
meandering boundary
flow instability
weakly nonlinear laminar flow
extended orr-sommerfeld equation
secondary turbulent vortex
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分类号
O352
[理学—流体力学]
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