高雷诺数圆湍潜射流的数值模拟研究

运用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,基于不可压缩的Navier-Stokes方程,对真实尺度下的高雷诺数圆管湍流潜射流与自由表面的相互作用进行了数值研究.在圆管湍流射流过程中运用Realizable k-ε的雷诺时均(Reynolds average navier-stokes, RANS)模型,射流停止后,采用大涡模拟(large eddy simulation, LES)方法模拟大尺度涡在背景流体中的演化.研究表明:随着时间的推移,湍射流涡结构从球形冠状结构向具有准二维的流动特征转变,涡的前端出现明显的塌陷现象,并逐渐达到某种相对稳定的状态;从流场中纵剖面上来看,射流流体逐渐上升并向自由表面聚集,并有流体在自由表面处反射,形成斜向下的流动,同时中纵剖面上形成许多局部微小的涡结构;从自由表面上来看,流场从初始的具有速度辐射与速度汇聚中心而不形成涡的阶段向表面流体主要向前流动并出现涡演化的阶段转变.