Turbulent Elementary Votrices and New Development in Theory, Predicition, and control of Turbulence

湍流初等涡流及湍流理论、预测和控制的新进展

基本信息

项目摘要

The elementary vortices are the smallest coherent structures in turbulence. Their physical characteristics and dynamical roles in turbulence have been clarified by the theory, the experiment, and the computer simulation in various kinds of turbulence realized in nature, laboratories, and computers. The elementary vortices exhibit common physical characteristics independent of the kinds of turbulence, that is, a tubular central vortex is surrounded by spiral vortex layers, the diameter and swirl velocity obey the Kolmogorov scaling laws but the length of the vortex extends to the large scales of turbulence, the vortices make groups and are localized in space, and many elementary vortices tend to approach in an anti-parallel manner and enhance the mixing ability. As engineering and practical applications, the large-eddy-simulation model based on the elementary vortices, the active feedback control of the wall turbulence by manipulating the elementary vortices have been developed, and the mechanisms of the enhancement of supersonic mixing combustion by introducing the longitudinal vortices and the generation of tornados as the large-scale coherent vortex have been clarified. Furthermore, the unstable periodic motions (spatio-temporal coherent structure as the skeleton of turbulence) accompanying regeneration of elementary vortices have been discovered in the Couette turbulence. The concept and the dynamics of turbulent elementary vortices established in the present research project shall be useful for the future turbulence research.
基本涡旋是湍流中最小的相干结构。它们在自然界,实验室和计算机中实现的各种湍流中的理论,实验和计算机模拟已经阐明了它们在湍流中的身体特征和动态作用。基本涡流表现出共同的物理特征,与湍流的种类无关,即,管状中央涡流被螺旋涡旋层所包围,直径和漩涡速度遵守kolmogorov的规律,kolmogorov的缩放法则,但涡流的长度延伸到范围的范围,范围均构成了较大的元素,并且均位于湍流中,并且在湍流中构成了许多构图,并构成了许多构图,并构成了许多构图,并构成了许多构图,并构成了许多构图,并延伸到湍流中,并延伸到湍流中。并增强混合能力。作为工程和实际应用,已经开发了基于基本涡流的大涡模拟模型,通过操纵基本涡流对壁湍流的主动反馈控制,以及通过引入纵向涡流和龙卷风的旋转量来加强超音速燃烧的机制。此外,在COUETTE湍流中发现了伴随基本涡流再生的不稳定周期性动作(时空连贯的结构作为湍流的骨骼)。在本研究项目中建立的动荡基本涡流的概念和动力学对于未来的湍流研究非常有用。

项目成果

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浅井智広, 西岡通男: "超音速キャビティ流の振動機構に関する実験的研究"日本流体力学会誌. 22. 131-145 (2003)
Tomohiro Asai、Michio Nishioka:“超声速腔流振动机理的实验研究”日本流体力学学会杂志 22. 131-145 (2003)。
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Endo,T.: "Control of Wall Shear Turbulence with Arrayed Micro Sensor/Actuator Units"Proc.4th JSME-KSME Thermal Eng.Conf.. 3. 493-498 (2000)
Endo,T.:“用阵列微型传感器/执行器单元控制壁面剪切湍流”Proc.4th JSME-KSME Thermal Eng.Conf.. 3. 493-498 (2000)
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Y.Li: "Sound Generation in Compressible Mixing Layers"JSME International Journal, Series B. 44. 505-512 (2001)
Y.Li:“可压缩混合层中的声音生成”JSME 国际期刊,系列 B. 44. 505-512 (2001)
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Y.Murakami: "Two-dimensional direct numerical simulation of parametrically excited surface waves in viscous fluid"Physics of Fluids. 13. 65-74 (2001)
Y.Murakami:“粘性流体中参量激发表面波的二维直接数值模拟”流体物理学。
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Sakaue,S.: "On the Receptivity Process of Supersonic Laminar Boundary Layer"Laminar-Turbulent Transition. 481-486 (2000)
Sakaue,S.:“关于超音速层流边界层的接收过程”层流-湍流转变。
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