物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年5月2日
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标题: 椭球体在中等攻角下的分层尾流
标题: Stratified wakes of a prolate spheroid at moderate angle of attack
摘要: 水下潜航器和空中飞行器经常遇到密度分层的环境,其对流动特征的影响值得关注。 一个直径为$D$且速度为$U$的 6:1 长轴椭球体以中等攻角(AOG)$10^\circ$被视为潜航器的经典例子。 在$Re = UD/\nu = 5000$处通过参数化的大涡模拟研究了椭球体尾流中的浮力效应,在此研究中分层被改变以涵盖身体弗劳德数($Fr = U/ND$)的广泛值范围。 弗劳德数衡量的是浮力时间尺度(1/$N$,其中$N$是浮力频率)与流动时间尺度($D/U$)之间的相对关系。 模拟的案例范围从无分层的基本情况(即$Fr = \infty$)到显著分层的情况($Fr = 1$)。 即使在相对较弱的分层条件($Fr = 6$)下,尾流的非常近区域(刚过后缘两个直径的位置)也会发生显著改变。 具体来说,从物体脱落的流线涡对的相干性减弱,尾流中心向下的轨迹受到抑制,并且近尾流中的平均/湍流结构发生变化。 通过对涡度输运方程的诊断发现,在$Fr = 6$的非常近尾流中,斜压转矩成为平均流向涡度平衡的重要贡献者。 随着分层程度的增加,尾流拓扑结构发生了显著变化,例如... $Fr =1$情况在主尾流上方显示出次生尾流。
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