双平行平面射流的湍流统计特性研究

As one of the most important issues of turbulence investigation, dual parallel jets are widely encountered in numerous industrial applications and environmental engineering. In this project, the characteristics of dual parallel plane jets will be investigated by means of theoretical analysis and direct numerical simulation. This research will focus the following topics. (1) A theoretical model related to the influence of separation spacing has been proposed to explain the experimental and simulation results from previous studies. Direct numerical simulations will be performed to further analyze and verify the above mentioned theoretical model. (2) This project will also investigate the relationship between the vorticity vector and the vector of the strain rate tensor as well as the invariants of velocity gradient tensor, strain rate tensor and rotation rate tensor. When considering the transport equations of turbulent kinetic energy, turbulent dissipation and enstrophy, a comprehensive elucidation of the statistical properties of small-scale motions could be achieved. (3) The physical mechanism responsible for the extreme decelerating events will be investigated, along with the relation between the extreme decelerating events and the energy dissipation. This project could comprehensively clarify the characteristics of dual parallel plane jets thought the above studies. Thus, this research project is of important academic value and industrial application value.

双束平行射流是湍流研究的一个重要领域，同时在实际工业应用中，也存在大量双束平行射流问题。本项目围绕双平行平面射流的湍流统计特性开展理论分析和直接数值模拟研究。具体研究内容包括：（1）构建射流口间距影响的理论模型，对已有的关于流口间距的实验和模拟结果进行物理上的解释。开展不同射流口间距的直接数值模拟研究，对理论模型进行进一步分析和验证，揭示射流口间距对流场的影响机理；（2）对涡矢量与应变率张量特征矢量的关联特性以及速度梯度张量、应变速率张量和旋转速率张量的不变量开展研究，并结合湍动能、湍能耗散率以及涡度拟能输运方程中的各项演化，阐明小尺度运动的统计特性；（3）揭示双平行平面射流场中减速极端事件发生机理，研究流场在物理空间上的能量传递机制，明晰减速极端事件和能量耗散之间的物理关系。通过上述研究，实现对双平行平面射流湍的流统计特性全面刻画。本项目研究及其成果具有重要的学术价值和工业应用价值。

双束平行射流是湍流研究的一个重要领域，同时在实际工业应用和自然环境中，也存在大量双束平行射流问题。双平行平面射流问题具有丰富的湍流过程和复杂的演化机理，其混合、合并和成长过程涉及到诸多的湍流现象。开展双平行平面射流的能量输运（单点和两点输运）以及小尺度运动特性研究，对于进一步明晰射流间相互作用具有重要意义。项目采用直接数值模拟方法，通过直接求解双平行平面射流的控制方程进而获得湍流场的高精度瞬时三维数据（压力场数据和速度场数据）。主要研究内容和结论：1、构建射流口间距影响的理论模型，对已有的关于流口间距的实验和模拟结果进行物理上的解释。开展了不同射流口间距的直接数值模拟研究，对理论模型进行进一步分析和验证，揭示射流口间距对流场的影响机理；2、开展了小尺度统计特性的研究，对涡矢量与应变率张量特征矢量的关联特性以及速度梯度张量、应变速率张量和旋转速率张量的不变量开展研究，并结合湍动能、湍能耗散率以及涡度拟能输运方程中的各项演化，阐明小尺度运动的统计特性；3、揭示了双平行平面射流场中减速极端事件发生机理。同时利用KHMH方程，研究流场在物理空间上两点的能量传递机制，进而明晰减速极端事件和能量耗散之间的物理关系。通过上述研究，实现对双平行平面射流湍的流统计特性全面刻画。本项目研究及其成果具有重要的学术价值和工业应用价值。