评估的文献和最新发展浅后在一个开放的通道流

文摘

虽然浅流非常丰富在性质和流动的技术的重要性,它们的有效描述最近才开始。这种类型的流,垂直限制,表现出一些独特的特性,没有在传统无侧限流。简要回顾相关研究文章的探索表明,浅后发生在三个不同的时间阶段。最初,几乎所有的调查旨在探索浅流和无侧限流之间的差异。考虑到差异,第二阶段的调查主要是关注识别这些差异的根源已经找到。第三和最近的调查试图关联流动拓扑约束的程度和关注更多的应用领域如控制后的不稳定,进而影响减阻,以及相干结构对物种的影响交通。本文旨在回顾关于浅流的调查,和总结等广泛研究结果的关键。本文的另一个动机是为未来的研究提供一个基础的浅。

1。介绍

大量的流动发生在本质上可以被视为浅(1]。在这些流,水平方向的长度范围远远大于垂直方向的(2]。浅流的例子可以发现在河流、海角,河口、分层湖泊和沿海海洋(1]。热量从地球上消失可以带来密度的垂直方向的变化可以引起浅流在山区和丘陵3]。知识浅流的特点及其运输能力是至关重要的建模和预测流程,除了协助分析热量的扩散,污染物和生物物种。此外,它还将帮助天气模拟水和沼泽地起到至关重要的作用在控制当地天气条件(2]。

从流体动力学的角度,浅流显示重要的功能由于边界表面的存在形式的床和自由表面。床上传授垂直剪切;而自由表面充当无压力弱边界。一个典型的浅后可以通过引入扰动生成的形式钝头体在一个平面上流动。结果分离流从身体的两侧虽然类似于深后将修改由于强加边界条件的影响。在随后的章节中,所有这些的影响逐步介绍。起初,一些关键特性的浅明渠流进行了讨论。这是非常重要的,因为明渠流背景流的浅。各种因素的因果关系讨论了参数化。

2。浅明渠流

明渠流可分为浅的垂直长度尺度流(通常的深度,)远远小于水平/横向长度尺度(2]。这个定义是基于运动学条件,但反过来导致某些动力方面的流程。Jirka和Uijttewaal2)上市的动态事件,可以观察到由于上述约束。主要的浅河道径流的复杂性源自于这样一个事实:干扰从床上可能达到自由表面,反之亦然,由于垂直约束。对于传统的深流,这种交互是缺席或最小。单独的量化(主要在深河道径流)的事件发生在床上或者在自由表面已相当成熟,但这些不同事件之间的交互的本质还不够清楚。理解浅明渠流的关键可能在于更详细地分析这种交互的本质。

near-bed地区一个典型的河道径流主要由墙床剪切湍流产生的影响。这个地区是非常混乱,三维,和一些动态事件都发生在这个区域。许多研究已经投入对勘探边界层的影响,以了解相关动态near-bed机制(例如,[4- - - - - -7])。主要,床区域被负面变动回水区流体粒子被抬离床积极bed-normal波动(喷射)和积极的变动回水区朝着床上(扫描)。near-bed以上地区,长度尺度的湍流凸起to3组合柜的顺序可以观察到8]。此外,约45°结构倾向于床上,像一个马蹄,发夹漩涡的出现在床上,叫Theodorsen [9]。另一张照片near-bed地区提出了克莱恩和罗宾逊(10),假设三个独立的层的流到了床边:低速条纹回水区淹没在粘性底层,各种流交互事件对应的弹射和清洁工,和最重要的是,三维湍流的凸起和发夹漩涡。最近PIV测量试图解决这个差异,发现流体结构使用的证据分析旋转强度的基础上,有条件的平均,和两个点的自相关函数11,12]。林等。13)使用适当的正交分解技术来证明大规模结构的作用渠道流的流动特性和紊流结构。最近,Roussinova et al。14在PIV)使用相同的技术数据暴露马蹄涡的签名,扫描,抛射典型的浅河道径流情况。

自由表面浅河道径流的影响被许多研究人员研究[15- - - - - -17],普遍的共识是,自由表面起着重要的作用在重新分配流的湍流动能。接近表面,曲面法线速度降低到零,除了波的情况下与斜面或流。自由表面,无压力(假设零风致顶部压力)边界,再分配过程中起着重要作用。但存在一个广泛的意见再分配发生的地方。亨特和格雷厄姆(18]表明,再分配发生在两个独立的地区直接在自由表面:外部来源地区和地区内部的粘性。根据他们的说法,正常表面组件内的动荡增加和水陆并行组件减少外层。外层的厚度积分长度尺度的顺序。内层和外层之间在于自由面和垂直速度迅速衰减到零的自由表面在这一层。沃克et al。19]估计这两层的厚度大约一和湍流积分长度范围的十分之一。相反的意见狩猎和格雷厄姆(18),他们只表明,能量再分配发生在流的大尺度结构,但小规模的不受影响。然而,实验证据提出的Balachandar和帕特尔20.)表明,湍流强度低,整个流场可以影响边界条件由自由表面的存在。他们的结论是科尔的变化参数以及湍流动能的生产速度由于自由表面扰动的存在。

像near-bed地区,同样重要的是识别和描述与自由表面的流体结构动力学,和一些研究针对这一目标。在这一点上,它必须指出,近地表结构调查可以是非常困难的实验(表面波,泡沫)以及计算(缺乏适当的模型)。一般来说,自由表面附近主要是两种类型的结构可以观察到:曲面法线涡管主要是垂直速度分量和水陆并行涡管埋在表层。身体上,似乎相关假设表面正常的涡度之间的直接联系,并通过“压力”表面起伏产生的涡度。Dommermuth [21)测量了自由表面变形,涡度大小同时得出它们之间的存在,而弱相关,并支持实验由Zhang et al。22]。但Weigard和项目23)用同步皮影戏和PIV结果表明垂直涡度场的峰值的位置范围内与自由表面变形的位置。沿着同一条直线,都努力计算检查自由表面流结构,第一个直接模拟研究报道Lam和巴纳吉(24]。值得一提的是小森的研究等。25和处理程序等。26],它使用一个完整的自由表面模型与Lam和巴纳吉(24]曾经rigid-lid假设。最重要的和全面的研究是由锅和巴纳吉(27),分类结构分成三个不同的组:漩涡,上升流,下坡。这些类型的结构的签名也记录了实验的古普塔et al。28),但他们没有有效地分类。“漩涡”被定义为集群的区域曲面法线涡度,曲面法线比水陆并行的速度大约是零。“上涌”被定义为该地区差异的流线与大型表面正常的速度。“下坡”是该地区,这有助于抵消上升流的影响,表现出很强的向下从自由表面流组件。这三种类型的结构被发现出现在一个特定的模式:典型的上升流到达自由表面和交互生成一环状涡度模式。相互作用,这些模式生成一个短暂的小漩涡边缘的上升流。一个典型的模式总结与气流洗掉多余的液体自由表面附近。能量谱接近自由表面显示的位置和地区,它是二维湍流的特点并指出发生湍流动能再分配。然而,在自由表面的距离,通常三维湍流占上风的特征。

注意,这是这些事件的互动的独特性质源自的床和自由表面肤浅的通道流独特的从传统的明渠流。由于这种交互,可以观察到清晰的分离尺度。Jirka和Uijttewaal2恰如其分地概括如下:”浅在很大程度上是单向流动,湍流剪切流由水压梯度和发生在一个封闭层的深度。这种限制会导致规模的分离,三维湍流 ,大规模二维紊流运动, ,一些相互交互。”两个看似合理的但广义Nikora所提供的解决方案等。29日和沈et al。30.]。根据Nikora et al。29日),由于较小的垂直流的程度,事件从床上到自由表面,反之亦然。当三cylinder-like流体结构变得足够长的达到自由表面,它们看起来像小像龙卷风一样的大垂直圆柱体淹没在英吉利海峡流。这些圆柱体之间的复杂的相互作用的流生成这些二维结构。沈et al。30.]表明,发夹涡流从床上可能达到自由表面,当头部消散掉一部分由于对流的影响意味着流向流,剩下的腿的一部分发夹涡产生这些二维结构。

3所示。浅后

浅之后已基本相同的深度一般特征。在强占虚张声势的身体,沿着上游驻点与边界层沿墙边缘发生。当流遇到突然改变几何、逆压力梯度,从身体的两侧发生分离,导致·冯·卡门涡街。深的详细描述,传统后可以在Zdravkovich [31日]。而整体广泛流图是相同的,浅流导致许多不同的特征,这是流动特性的全面发展的关键。首先,有限的深度将限制的三维涡的破裂。因此,冯·卡门涡街可以观察到更大范围的雷诺数在浅。例如,从船原油泄漏的模式阿尔戈商人困在马萨诸塞州Nantauket浅滩显示明显的涡街模式在一个很高的雷诺数(32]。其次,床摩擦会逮捕横向扰动的增长与一个典型的涡街模式和稳定之后。这可能发生在near-wake或在far-wake地区。对于浅后的情况下,稳定数量,稍后将显示,决定床摩擦的影响和随后的后稳定。在不久之后,如果数量稳定,在那里是皮肤摩擦系数,和身体的特征直径和深度,分别超过一个临界值时,后稳定。far-wake地区稳定的定义是数量,在那里是本地后宽度。类似的后稳定后发生在遥远的地区超过某一临界值。

3.1。稳定的数量

关键浅后相互交互的发展由于接近垂直剪切流的水平(横向)剪切由于动量赤字在横向方向上的变化。因此,的时空发展浅后由相互交互控制。浅后维持在一个平衡状态的平衡两种不同的影响:一方面,湍流动能是提取的平均流量和美联储的大规模的序结构与横向剪切层的交互。另一方面,底部边界层的湍流动能是提取大规模结构并通过小规模的耗散结构根据柯尔莫哥洛夫理论当地的各向同性。因此,一个可以平衡湍流能量的损失由于底部摩擦的生产由横向剪切层湍流动能。能量送入大规模序结构计算的产品一致的速度波动和横向平均流向速度梯度(33), 下标”“表示速度只与连贯的动作。和表明回水区的瞬时速度和横向方向,分别。此外,- - -分别表示流向和横向方向。通过小规模的波动产生的能量耗散底部边界层。Babarutsi和楚33]显示,如果速度与相干结构小于平均流量,然后可以近似为耗散 在哪里表面摩擦系数和吗流的深度。

将上述两个方程,通量稳定可以近似为数量 右边的比率代表的比例一致的雷诺兹正常和剪切应力,分别。楚et al。34)提出了渐变为浅流稳定数量,一个拐点的流向速度的横向分布,也就是说,。在不影响计算,在最右边可以删除安全、速度梯度可以表示为,在那里和是两边速度特征局部剪切层的厚度。因此,梯度稳定数量 在哪里 这个方程适用于任何一般剪切层。为浅后钝头体后面的情况下,它可以应用在李的再循环泡沫。自,。剪切层的宽度近似是一半的身体特征直径()。使用这些,梯度稳定后可以找到 后稳定数量()被定义为梯度稳定数量的4倍,方便 与梯度稳定数量,稳定数量()是一个全球性的参数,它不依赖于局部坐标系的选择。因此,它是一个更广泛公认的数量和提到的浅后文学。

3.2。床上的影响

正如前面提到的,一个浅的独特性之后取决于床的综合效应和自由表面。虽然这两个效果密切相关的,它可能会把它们独立。Wolonski et al。35)定义一个岛屿后参数,,在那里环境流速和吗是垂直涡流。垂直涡粘性是近似,在那里是摩擦速度。他们建议一个关键的价值统一的存在,一种涡街后是不可能的。分类有些不完整,滞后的描述性信息,因为它们是基于卫星成像和岛上的温度映射后,没有直接测量进行了分类。

浅的重要调查后是由英格拉姆和楚36)通过观察海洋浅后背后鲁珀特湾,安大略省。最初,他们制定了一个分析的描述床上浅流的影响。补充制定,执行流可视化在实验室。共有六个实验室观察和26事件的海洋浅层醒来雷诺兹数字()从4700年到11000年,稳定数量从0.03到0.65的报告。他们介绍了稳定数量的测量对浅底摩擦影响。根据一系列的观察,他们假定临界稳定数量的0.48,上面后得到稳定的振荡特征由于底部摩擦。低于临界稳定数量,床摩擦的影响不足以稳定后和涡街后可以观察到的类型。图1采用的纸,描述了三种不同的情况下;(一),,(b),和(c),。清楚地看到在这个图是压制后的振荡数和雷诺数的变化与稳定。床上的摩擦效应也是影响后的夹带系数。然而,雷诺数的范围和数量稳定的调查不够大公司得出结论后的状态。

同理,广泛的实验(57圆柱体,与固定板54,与多孔板和34)和可视化的浅后由陈和Jirka [37覆盖范围广泛的雷诺数和稳定数量(,,)。基于视觉的观察,他们将浅后分成三个不同的类别:涡街式(VS),不稳定泡沫后(乌兰巴托),和稳定的泡沫后(某人)。如果扰动由于分离剪切层是主导,浅后像知名·冯·卡门涡街的传统的深。尽管定性相似,浅后的涡街和传统的冯·卡门涡街也有差异。涡街(VS)显示了一个五花和模糊外观由于小规模的存在结构从床上产生摩擦效应。这种模糊性有时导致模糊的多人注意到卷起漩涡。这种类型的后是可见的。如果稳定数量增加(),床摩擦效应增加,流动分离同时身体的两边,没有选择。几乎形成稳定的泡沫立即身体的下游。但最终的泡沫或者振荡,这导致周期性的漩涡。这就是所谓的不稳定泡沫(乌兰巴托)之后。稳定泡沫(某人)模式时可以观察到床上摩擦效应降低了动力以至于再循环泡沫几乎保持稳定在李的身体,没有发现脱落。分析近似的势头赤字之后,陈和Jirka [37)定义的长度范围内超过这个势头赤字之后就消失了 不稳定的浅醒来后得到稳定流向距离的顺序,主要是由于动量增加赤字,后续增加稳定性参数。他们也观察到浅后的宽度大大超过流量的深度,因此在本质上主要是二维的流动结构。他们建议大多数床摩擦的影响凝聚底部边界层,不得向浅流的三维表现方式。床摩擦效应是平均流的全部深度和表现形式的数量后稳定。

Negretti et al。38)安装人工粗糙度垫在床上的浅尾流调查增加粗糙度的影响。两个进行了一系列的实验;第一系列,粗糙度元素放置在横向剪切层区域和第二系列,粗糙度元素被结束的时候再循环泡沫。对于第一种情况,发现粗糙度降低雷诺应力的大小除了缩小后宽度。后也表现得非常类似于一个稳定的泡沫后,自引入粗糙度降低环境流的动量交换。当粗糙度元素放置在油烟的泡沫,通常后行为观察到流达到粗糙度和流体流动结构被破坏而粗糙。这项研究明确表明床粗糙度有能力改变near-wake以及far-wake结构。主要是这三个研究调查的影响床上摩擦,和明确,尽管许多调查人员检查床摩擦的影响作为研究的一部分,旨在调查的其他一些方面浅。

3.3。自由表面的影响

量化的自由表面的影响总是困难的计算和实验。计算来说,直到最近没有合适的模型可用于模拟自由面除了实施rigid-lid假设。使用激光实验来说,是非常困难的,因为自由表面的波浪特征和泡沫的出现。尽管有这些困难,在这个方向上进行了一些研究,主要是担心探索自由表面变形的发展之间的关系和湍流各向异性17,19,39- - - - - -41]。

Logory et al。41)用LDV和PIV调查自由表面在一个深的影响。由于大水深,床上的影响预计将在靠近床,从床上不穿透超过一定的垂直距离。结果,靠近自由表面,唯一自由表面效应将意识到减少污染引起的床上摩擦。事实上,LDV测量背后的尾流虚张声势的身体,以half-depth、火柴和深后的公布的数据。但接近自由表面(深度12 ~ 13毫米以下),宽度被发现之后翻了一番,而中线速度几乎保持不变。的轮廓是流向身体的飞机的速度流向下游,采用从Logory et al。41)如图2。的自相似行为均值和均方根速度也失去了自由表面的位置。PIV测量深度~20毫米以下自由表面显示的证据“上涌”和“下坡”见浅流,除了原始宇宙的大尺度结构由于身体的存在。表层附近,相反的流向涡度被发现存在于对签署双方的中心线,导致流中心线向周围地区流动。深后,主要是二维涡结构,但接近水面,涡结构倾向于水陆并行或曲面法线方向重新定位自己。表面正常的涡度的大小被发现小而深后的地区。这些结构被认为是起源quasi-streamwise辊源自钝头体上的湍流边界层。这些曲面法线的存在结构也证实了生活(激光诱导荧光)流可视化。水陆并行结构的涡度的直方图显示,他们倾向于在45 - 50°角后中心线和诱导速度离开后中心线向上游方向。由此产生的运动从这个复杂的涡量分布原因后扩大在近地表地区水陆并行结构进行低动量流体向周围地区流动。

根据现有的文献和自己的分析,Maheo [17)总结了一个典型的近地表动态浅流,湍流射流和唤醒。他发现自由表面薄层中组件仅影响速度接近水面。这表层的厚度大约是当地宽度1/2或涡度的厚度或喷射之后,分别。在这一层,垂直方向的波动变得迟钝和湍流动能在垂直方向重新分配的水平速度分量回水区和横向方向。表层内的流向涡管埋被发现产生表面电流影响的动态流。图3显示了一个典型的签名的表面电流接近于自由表面。这些结构的运动有利于扩大表面的剪切流,而深流情况。他发现附近的湍流剪切层的扩大表面可高达20%的湍流射流湍流尾流和25%。

3.4。接近速度的影响

传入的明渠流方法和身体感官的存在。当接近流满足身体,垂直停滞生成线和总流将沿着身体的上游侧。由此产生的滞止压力在身体某个海拔高于海拔接近床由于非均匀的速度剖面。因此,生成一个涡流管和细长的身体,由于加速流动区域(地区三世,31日)在身体的两侧。这种特殊系统的涡流管叫做马蹄涡,它浅的发展中扮演着关键角色。图4演示了一个典型的浅流模型。即将到来的流的涡度的迹象以及马蹄涡。由于床的复杂的相互作用过程和自由表面的流动结构,一个浅后横生,有相当大的关联。

Rao et al。42)调查的效果接近速度床结构相互作用的一个典型的浅后定性染料可视化研究流深处的150年,200年和250毫米。最大速度和回水区雷诺数范围米/秒,,分别。不同颜色的染料注入流过港口位于不同海拔高度对气缸。图5显示一个圆柱的侧面,沉浸在一个浅河道径流的100毫米深度。降低港口的红色染料被裹入到马蹄涡和密切关注涡模式。蓝色染料遵循身体的一侧的涡旋脱落。马蹄涡的特色是向上的马蹄涡和随后的三维卷曲与涡街的交互来自身体的两侧。这种交互导致横生,这和垂直变化的浅。在不同的结论,他们发现一个垂直剪切层振荡的在身体的两侧,源的追踪回到身体周围的马蹄涡包装。正如前面提到的,他们连马蹄涡的动力的可能来源的横生,浅。然而,需要量化的交互。

王等人。43)研究变量的影响接近边界层的动量厚度下游尾流的不同方面。即将到来的边界层的动量厚度调整,,,在那里(= 20毫米)是身体的特征宽度。流的雷诺数。在这个实验中,被允许移动身体的上面,也就是说,身体不会皮尔斯自由表面。这并不真正符合标准定义的浅,但有些结论可能是值得一提的。越来越接近边界层的动量厚度,向上流动来自床上,向自由表面被注意到。这个向上流动有助于减少回流区域靠近床。同时,雷诺应力的大小减少到了床边。同时,即将到来的流的变厚度被发现改变的性质从身体中涡旋脱落(对称或反对称)。这些研究表明,接近浅尾流流有很大的影响。

3.5。二维相干结构的浅

湍流信道可以干扰由于几个原因可以导致流的振荡和不稳定。如果这些不稳定的力量有时超过某个阈值,这可以生长在空间中提取能量的平均流量的大小和成长。在成长的过程中,有时,这些漩涡的横向尺寸可能超过垂直流深度。由于纯粹的运动原因,这些漩涡的涡度矢量,称为二维相干结构(2 dcs),必须垂直于床上或自由表面。当然,较小的相干结构的大小小于流不含优惠的深度方向的取向和展品三维行为。2的外观dcs已被许多研究人员一直报道(37,44- - - - - -46]。

福尔摩斯et al。47和阀盖等。48)回顾了最近文献的重要性和特点在不同的湍流相干结构。虽然没有普遍共识的定义一致的结构,侯赛因(49成立了一个工作定义如下:”一个连贯的结构是一个连接(大规模)湍流质量与一个瞬间phase-correlated涡度对其空间范围”。卡和Jirka50]表明,这些大规模的运输能力结构是关于二阶高于小规模级结构。因此,大规模的相干结构的特性将导致更好的建模放电和分散的污染物释放浅河流或湖泊。

Jirka [51]表明三种不同类型的迫使大型序结构的生成机制:

拓扑迫使(A型)
身体的存在(例如,岛,海角、码头等)在浅流代表了最强的2代dcs的机制。与发展这些涡流,它们之间的交互和床上增加。结果,更多的能量提取平均流量和美联储涡的旋转能量。在这种情况下,湍流动能流从较小的规模较大,因此表现出逆能量级联。

内部剪切流的不稳定(B型)
不同动量通量(赤字或过剩)由于速度梯度在横向方向上可能会触发这种类型的不稳定。这样的触发操作可以由像浅源喷,,或混合层。

二次基流的不稳定(C型)
这是弱类型的不稳定和实验证据是稀疏(除了29日])。考虑的情况下浅通道流包含一个垂直剪切边界层和三维湍流相干结构。这个流将保持在平衡的床上摩擦。然而,一个轻微的不平衡流将导致湍流动能的再分配在整个范围的波数。超临界流(惯性重力为主)给出了一个二维湍流逆瀑布,而亚临界流(重力主宰惯性力)给直接级联的能量。涡线的畸变引起的二次不稳定将导致2 dcs的形成提供扰动的大小超过某一临界水平。

在德拉科的工作等。44]和Uijttewaal tuk [45),2 dcs的生成和发展可以分为许多阶段在时间和空间。“近场”的浅流的特点是主要由二维横向剪切层和包含小规模的三维结构。“middle-field”有很强的横生,因为床和自由表面的相互作用。“远场”,生长在早些时候产生的结构尺寸大于流的深度。保持运动状态,这些漩涡必须有二维字符和占主导地位的涡度矢量垂直于自由表面。此外,平均流量,其横向规模相同的订单大动荡的漩涡,成为大约二维。

代后,2 dcs夹带生长和发育的外部环境流体。此外,两个或两个以上dcs可能产生更大的合并在一起2 dcs (45]。这里必须提到,有限深度限制的机制存在于三维湍流涡拉伸。合并2 dcs形成较大的2 dcs导致流动的湍流动能从高到小波数范围,因此展品逆能量级联(52]。可能存在的二维湍流浅流被德拉科等证明。44和陈和Jirka37通过计算速度谱。2 dcs失去能量由于床上摩擦的影响。在尺寸上,它可以表明,涡流的大小将松散它所有的能量在一个旋转由于床上摩擦50]。

3.6。其他相关文献和垂直变化的浅

还有其他的研究在文献中有关浅。这些措施包括,例如,寻找合适的规模来吸收边界表面的影响,和调查的流动特性的变化从床上垂直高度的函数。Balachandar et al ., (53浅后分为shallow-shallow和深深浅浅的后基于视觉观察和视频图像的染料浓度注入浅。流的深度、平均自由流速度,和雷诺数10-40毫米之间的变化,76 - 157 mm / s,分别和1570 - 4810。当稳定数量低于临界值(观察)然后卡门涡街。稳定的数字大于临界值,观察间歇涡街或完全消失。这个分类更像是Wolansky [54]岛后(如前所述)。图6改编自Tachie [55),显示了一个示例的深深浅浅的shallow-shallow叫醒,分别。左边的图对应于更高深的流(),正确的数字对应于低流(深度)。的涡街可以看到更高深的流的情况下,但这是全军覆没低流由于深度增加床摩擦效应。在后面的研究描述湍流浅后,Balachandar et al ., (56)进行速度测量下游的平板沉浸在浅河道径流。在三种不同的测量进行了垂直位置,,,。几个参数尝试正常化以崩溃意味着流向速度缺陷在不同流向位置和深度的流。被确认为一个适当的长度尺度正常化,在哪里和阻力系数和之后的半宽度,分别。在给定的距离从床上,速度接近上游被发现的正常化尺度之一流向速度赤字,数据崩溃的相当好到一个配置文件为所有流向和垂直测量位置。应该是这里提到的深度后,垂直距离的接近速度是恒定的床上,而对于浅流,这是一个垂直距离的函数。一个摩擦参数提出了代表的相对影响床摩擦和横向剪切。上面一个关键值,组织运动的漩涡开始消失。

量化的影响床粗糙度,Tachie和Balachandar57测量速度分布的浅后生成的光滑和粗糙的墙壁上。发现粗糙度影响的均值和湍流参数的尾流。大约相同的值的雷诺数,后被发现的宽度小得多的粗糙床相比,光滑的床上。同时,床上的横向剪切摩擦的比例被发现较小的情况下的粗糙的床上。流的浅薄也发现提高湍流流动的波动。

在一系列的论文,一般特征、稳定性和控制浅后进一步处理(58- - - - - -60利用PIV)。所有这些调查或多或少类似的实验过程;圆筒是放置在一个浅河道径流。在第一篇论文中,重点是涡形成的时空演化过程。在第二和第三的调查中,他们解决流动雷诺数的影响,探索不同的可能的方法来稳定后,分别。浅后被发现通过大规模的垂直结构特征(或2 dcs)来自下游的缸。然而,调查发现了一个轴流从床上对自由表面通过这些结构的核心,支持这一发现科恩和Koochesfahani61年]。这个流被认为横生,做出显著贡献的浅尾流结构。瞬时流线拓扑和涡度轮廓在不同海拔从床上比较好,在一般意义上,与传统的驶向深处,但横生的签名也观察到。鞍点的位置的瞬时流线拓扑发现床的距离的函数。与床上,距离增加的知识范围瞬时涡量等值线以及简化拓扑生长在横向方向,可能由于床的递减效应。靠近床,一个独特的观察瞬时结构简化,称为第一类猫头鹰的脸(62年],它有一个非常明确的对焦点和鞍点。与床距离增加,组织的焦点以及鞍点。near-bed位置,涡量等值线是倾斜向中部地区,但随着床的距离增加,倾斜的趋势下降。此外,涡度的峰值大小还发现迅速消散到了床边,比一些地方远从床上。时间意味着雷诺应力的轮廓被发现很好定义按照剪切层分离,除非到了床边。near-bed地区集群的雷诺应力是注意到这解释了马蹄涡的相互作用与剪切层两侧的气缸。与涡度不同,雷诺应力的峰值大小仍然几乎相同,与床的距离不会改变。稳定的浅后被发现中扮演重要角色的产生模式。例如,增加稳定性的衰减会导致大规模的外观后序结构。尽管如此,一个定义良好的观察静脉曲张的不稳定。 The reason of this particular instability can be attributed to the dynamics of horseshoe vortex wrapping of the body. At a even higher stability number, the wake was completely stabilized, but smaller amplitude rotational motions were noticed to set off now and then in the near-wake region. In the third investigation of the aforementioned series, Cohn and Koochesfahani [61年]介绍了可变宽度流向槽的气缸。小槽尺寸、涡度保留其形状的集群,但是下游相比没有插槽的情况下出现。同样的频率波动的飞机发出槽可能影响的脱落频率的垂直结构。

在这一点上,很明显,浅的流动变量是不同的在不同的距离从床上醒来,这可以称为垂直变化的浅。老虎啤酒等。46)探讨了垂直可变性的一个典型的浅后明渠流。稳定的数量很小(0.0015),之后在near-bed和速度进行了测量,中深,近地表垂直位置,揭示了垂直变化。图7采用纸和清楚地说明了不同的尾流结构在不同的垂直位置。他们还发现了一些关键特性的流:床摩擦效应抑制后的横向发展,存在的扫描和弹射类型的事件在自由表面的贡献对再分配湍流动能的近地表位置、结构的影响在near-bed和自由表面区域对增强的动量转移在这些位置。在持续研究中,老虎啤酒(63年)应用POD和基于封闭流线的相干结构识别方案检测位置,大小,和力量的序结构在near-bed,中深、近地表。发现清楚地表明,床以及自由表面往往会减少相干结构的规模和实力,但效果是更激烈的床上,而不是自由表面。最大、最强的结构只能在中深的位置。此外,马蹄涡以及自由表面事件被发现影响外观的位置near-bed和近地表垂直相干结构的位置。

4所示。总结和未来前景

相关文献浅醒来在明渠流了强调三个重要参数的影响,也就是说,床上的影响,自由表面的影响,不均匀的影响接近流。可能的因果关系这三个参数对浅的独特性之后一直在讨论。2 dcs的起源和发展了。

基于回顾之前的文献,可能流的模型几何下游虚张声势的身体沉浸在一个浅明渠流可以假设如下:垂直剪切接近流,事件对身体,遇到水平剪切由于身体的存在。这将生成一个典型的马蹄涡环绕着身体(床)的影响和在下游方向延伸。典型的签名的马蹄涡可以找到傅和罗克韦尔(60)基于身体的雷诺应力等高线下游靠近床。由于马蹄涡的存在,一个期望一双漩涡(顺时针方向为负和逆时针积极)接近飞机回水区的床上。以上这些对漩涡,两个大漩涡的存在(逆时针方向为负,反之亦然)流向垂直平面(飞机在Eibeck(身体)已经证明了64年导致一个上行流沿着身体的中心。靠近身体,几个直径下游流场非常耗散near-wake地区由于强烈的上述两个漩涡之间的交互。然而,马蹄涡的腿将消散速度比另一个漩涡,然后第二条漩涡仍将主导整个流深度。靠近床上,身体的下游沿中心线,旅行对鞍点,然后向上自由表面。这个特定的轴流从near-bed自由表面被Koochesfahani实验记录(65年]。当这个流到达附近的自由表面,它与自由表面附近产生的动荡事件(14),导致能量再分配(46流向和横向速度分量之间的]。

基于当前文学的地位,上述流图开始发展,但仍然存在缺失的链接流模式。例如,流的属性是不同的在不同的海拔从床上醒来,这些属性可以表示为一个函数的距离从床上,或者一些无量纲数,可能考虑到阻尼效应的床上,或自由表面的壁效应。浅的涡旋脱落的独特性质后,包括near-bed马蹄涡的影响和轴流从床上自由表面,没有足够的细节处理。瞬时流线的检查床的拓扑距离的函数可能会导致的可能性定义一个共同特征变量的拓扑距离的床上。最引人注目的外观2 dcs在浅尾流,调查他们的特征是有限的。一个健壮的方法识别和提取这些2 dcs缺乏从流。一次,成功地识别,动态的影响这两个dcs的浅后能更清晰的方式加以解决。

引用

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版权

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