基于格子玻尔兹曼的不同偏斜角下扫掠射流与交叉流相互作用大涡模拟

《Journal of Fluid Mechanics》：Lattice Boltzmann based large eddy simulation of sweeping jet–crossflow interaction under varying skew angles

　　

摘要

本研究采用格点玻尔兹曼方法结合大涡模拟，数值研究了扫掠射流与横向流之间的相互作用特性。扫掠射流通过施加非定常现象学边界模型生成，流场采用递归正则化格点玻尔兹曼方法结合Smagorinsky亚网格尺度模型进行解析。预测得到的非定常流场和时间平均流场与实验数据在定性及定量上均吻合良好。系统分析了不同偏角下扫掠射流与横向流相互作用的时空特性。偏角决定了相互作用模式及相关涡动力学：其中 $\beta =90^\circ$ 时横向穿透最大，对反转向涡对的调制最强；$\beta =0^\circ$ 时由于振荡周期内扫掠射流与横向流交替对齐，产生最大的上游及壁面法向穿透；$\beta =45^\circ$ 则导致非对称的中间状态，反转向涡对形成减弱。穿透特性还取决于开口角和振荡频率，前者通过动量集中增强法向穿透，后者调制非定常注入强度。流向涡量动力学由扫掠射流诱导的涡结构主导，其强度随偏角和开口角增大而增强，随频率增大而减弱，从而使时间平均流场从反转向涡对主导模式向准稳态行为转变。双幂律公式成功描述了最大扫掠射流穿透，因为上游动量分量与法向动量分量共存，而经典的单幂律公式则不适用。

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