可变密度射流的大涡模拟及相干结构研究OACHSSCD

密度变化是影响变密度射流混合特性和流动稳定性的关键因素。针对氦气、空气和二氧化碳这3种来流气体(与空气密度比分别为0.14、1.00和1.52)所形成的变密度射流,在射流动量通量相同的条件下,采用大涡模拟方法研究射流平均流场、涡结构以及相干结构的演化过程。结果表明,氦气射流的速度和浓度衰减较快,空气射流次之,二氧化碳射流衰减缓慢。采用Q判据识别流场中的涡结构,发现氦气射流的涡结构失稳早、破碎快、涡团尺度大且径向扩散迅速;二氧化碳射流的涡结构稳定、破碎晚、涡团尺度小且径向分布集中;空气射流的涡结构则介于两者之间。在此基础上,对变密度射流的压力场进行动态模态分解和本征正交分解,结果表明二氧化碳射流的相干结构稳定;氦气射流的相干结构不稳定,从而导致其涡结构更易失稳破碎。此外,氦气射流中的波包结构是其卷吸速率较高的原因。