Direkte numerische Simulation eines laminaren Wirbelrings

Es werden Ergebnisse direkter numerischer Simulationen (DNS) eines viskosen, laminaren Rings präsentiert. Die Auswirkungen verschiedener Generator-Konfigurationen und Geschwindigkeitsprogramme auf die Bildung und die Merkmale nach der Bildung des Rings werden untersucht. Es wird gezeigt, dass während der Bildungsphase des Rings die gesamte Zirkulation und der Impuls im Strömungsfeld für die „Düse“ und die „Öffnung“-Generatoren ungefähr gleich sind. Es wird auch festgestellt, dass das Schüttungsstrommodell während dieses Zeitraums die gesamte Zirkulation in der Strömung unterschätzt. Während der Bildungsphase stimmen die Simulations Ergebnisse für die zeitliche Entwicklung der gesamten Zirkulation und den Standort des Wirbelspiralzentrums mit den experimentellen Ergebnissen von Didden J. Appl. Mech. Phys. (ZAMP) 30, 101 (1979) überein. Die Ergebnisse der Strömungsvisualisierungsstudien zeigen, dass während der Phase nach der Bildung eine Wirbelblase entsteht. Während die Blase sich vorwärts bewegt, entsteht im Rücken der Blase ein Nachlauf. Der Impuls und die Wirbelstärke von der Blase werden kontinuierlich in diesen Nachlauf abgegeben. Es wird festgestellt, dass der Gesamtwert der Zirkulation in der Strömung als (t1*)−0.33 variiert, was mit Maxworthys J. Fluid Mech. 81, 465 (1977) Vorhersage des Zerfalls der Zirkulation für einen Wirbelring übereinstimmt. Der Transport einer passiven Shvab-Zeldovich-Skalarvariablen wird verwendet, um das Mischen zu untersuchen und die maximale Produktbildung in einer chemischen Reaktion vom Typ A+B→Produkte in einem Wirbelring zu erhalten. Es wird festgestellt, dass, während die Blase mit dem Brennstoff sich vorwärts bewegt, der äußere Oxidatorstrom in sie mitgerissen wird und reagiert, um ein Produkt zu bilden. Ein Teil dieses Produkts wird dann in den Nachlauf der Blase zurückgeführt.