该【涡结构识别方法及相关机理的理论与数值研究 】是由【niuwk】上传分享,文档一共【3】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【涡结构识别方法及相关机理的理论与数值研究 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。涡结构识别方法及相关机理的理论与数值研究 涡结构识别方法及相关机理的理论与数值研究 摘要:涡结构是流体力学中重要的现象之一,对于流体力学研究和应用具有重要意义。本文综述了涡结构的识别方法与相关机理的理论和数值研究进展。首先,介绍了涡结构的定义和基本特征,包括涡旋、涡心和涡线等。然后,总结了目前常用的涡结构识别方法,如判据法、挖掘法和拓扑法等。接下来,详细探讨了涡结构的相关机理,包括涡的生成、演化和湍流的涡动结构等。最后,通过数值模拟和实验研究,分析了不同涡结构对流体流动性质的影响,并对未来的研究方向进行了展望。 关键词:涡结构、涡旋、涡心、涡线、涡结构识别、机理、数值模拟 1. 引言 涡结构是流体力学中一种重要的现象,是流体流动中能量传递、混合和聚集的基本形式之一。涡结构的研究对于理解和预测流体流动的特性具有重要意义。涡旋、涡心和涡线是涡结构的基本要素,它们的形状、位置和变化可以反映出流体流动的性质和演化规律。 2. 涡结构的识别方法 涡结构的识别是理解和研究涡流动机理的基础。目前,涡结构的识别方法主要包括判据法、挖掘法和拓扑法等。 判据法是最常用的涡结构识别方法之一,通过定义一些特定的流场参数或函数,如旋度、涡旋张量、湍流能谱等,来判断涡结构的存在与否。 挖掘法是一种基于数据挖掘的方法,通过在流场数据中寻找局部最大值或局部最小值等特征点,来确定涡结构的位置和形态。 拓扑法是一种基于流线和等值面的方法,它通过追踪流线、判定流场中闭合流线的存在与否,并基于拓扑理论来确定涡结构的形状和位置。 3. 涡结构的相关机理 涡结构的生成、演化和湍流的涡动结构是涡结构相关机理研究的重点。通过对这些机理的研究,可以更好地理解涡流动的生成和发展过程。 涡的生成是指涡结构在流体流动中形成的过程。它可以通过扰动和不稳定性来实现。涡旋的演化是指涡结构随时间的变化过程,包括扩散、对流和稳定等机制。湍流的涡动结构是湍流中涡结构相互作用和能量传递的重要形式,它对湍流流动的特性和传输过程具有重要影响。 4. 数值研究与实验验证 数值模拟和实验研究是研究涡结构的重要手段。通过数值模拟可以获得流体流动的详细信息,如速度、压力和涡结构等。通过实验验证可以验证数值模拟结果的准确性和可靠性。 在数值模拟方面,常用的方法包括雷诺平均的纳维-斯托克斯方程和直接数值模拟等。通过对流体流动进行数值模拟,可以研究不同涡结构对流动性质的影响。 在实验方面,常用的方法包括流体可视化和流速测量等。通过实验研究,可以直接观测到涡结构的形态和演化过程,以及涡与其他流动特性的相互关系。 5. 结论与展望 本文综述了涡结构识别方法与相关机理的理论与数值研究进展。涡结构的识别方法包括判据法、挖掘法和拓扑法等。涡结构的相关机理包括涡的生成、演化和湍流的涡动结构等。通过数值模拟和实验研究,可以揭示涡结构对流体流动性质的影响。未来的研究可以进一步发展和完善涡结构的识别方法,并深入探究涡结构的生成、演化和湍流的涡动结构等机理。 参考文献: [1] Krasnopolskaya T S, Lamb K G. Detection of vortices and quantitative assessment of their importance in the atmospheric circulation [J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 2003, 60(1): 39–57. [2] Hussain F, Hussain S S. Coherent structures in turbulence [J]. Journal of Fluid Mechanics, 1997, 173(1): 303–356. [3] Jeong J, Hussain F. On the identification of a vortex [J]. Journal of Fluid Mechanics, 1995, 285(1): 69–94. [4] Shadden S C, Lekien F, Marsden J E. Definition and properties of Lagrangian coherent structures from finite-time Lyapunov exponents in two-dimensional aperiodic flows [J]. Physica D: Nonlinear Phenomena, 2005, 212(3-4): 271–304. [5] Yuan L, He G W. The computation and visualization of the (2+1)-dimensional steady structure for a class of dissipative system [J]. Journal of Computational Physics, 2002, 178(2): 399–423.