平板湍流边界层微气泡减阻的大涡模拟

摘要

采用大涡模拟研究了通入微气泡对光滑平板及部分粗糙平板湍流边界层减阻的影响.在计算域进口引入扰动以在较短距离内生成雷诺数(基于边界层动量厚度)为1430的平板湍流边界层.利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数生成算术平均粗糙高度为75μm的粗糙表面轮廓曲线.结果表明,微气泡体积分数增大时,作用在微气泡上的浮力较大,导致拟序结构远离壁面,并且边界层内部动量交换强度降低,摩擦阻力降低明显;无微气泡时,粗糙表面的存在使得其下游速度条带数量减少,尺寸有所增加,其壁面摩擦系数小于光滑平板情况;在相同的通入微气泡体积分数下,部分粗糙平板上的减阻量小于光滑表面,一方面是由于部分粗糙表面平板本身的摩擦阻力系数较小,另一方面是粗糙表面吸附了一部分微气泡,减弱了微气泡的减阻效果.