可压缩均匀各向同性湍流中轻粒子的加速度研究

本文采用直接数值模拟研究了可压缩均匀各向同性湍流中惯性轻粒子的加速度统计特性。与不可压流动相比,可压缩湍流中激波结构的存在使得流动更为复杂。研究表明:可压缩湍流中,惯性轻粒子的加速度表现出强烈的间歇性,且随着湍流马赫数(Mt)的增加,加速度的间歇性逐渐增强。将粒子的加速度分解成与速度方向平行的纵向加速度(aL)和与速度垂直的法向加速度(a_n),可以发现:轻粒子的a_L的概率密度函数(PDF)与示踪粒子a_L的PDF有着显著的差别。在可压缩均匀各向同性湍流中,流体微团在经过激波结构时会被极大地减速。因此,随着Mt的增加,示踪粒子的a_L的PDF逐渐向负值部分倾斜。然而,轻粒子的a_L的PDF向负值部分的倾斜程度却并不明显。此外,轻粒子法向加速度的模(|an|)的PDF比示踪粒子的PDF表现出更宽的尾部,且差别随Mt的增加逐渐增大。根据流体速度散度的均方根值(θ_(rms))将流场分为三部分:压缩区(θ<-θ_(rms))、平滑区(-θ_(rms)<θθ_(rms))。研究发现在低Mt情况下,压缩区内轻粒子的a_L的PDF轻微地向负值部分倾斜;然而在高Mt情况下,压缩区内轻粒子的a_L的PDF反而没有表现出这种倾向性。