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摘要
均匀来流中低雷诺数圆盘近尾迹随雷诺数增加通常会出现稳态面对称（Steady State,SS）、非稳态面对称破坏（Reflectional-Symmetry-Breaking,RSB）、非稳态面对称（Standing-Wave,SW）等不同尾迹模态。然而,实际来流往往是非均匀的,而非均匀来流作用下圆盘近尾迹的模态演化研究还鲜有报道。本文采用直接数值模拟方法,对均匀剪切来流作用下低雷诺数圆盘近尾迹模态演化进行研究。圆盘径厚比X=d/ω=10（d为圆盘直径,w为圆盘厚度）,选取Re=140,160和180,分别对应均匀来流中的稳态面对称（SS）、非稳态面对称破坏（RSB）、非稳态面对称（SW）模态。无量纲来流速度剪切率k=|▽u|d/uc（|▽u|是进口来流速度剪切率,uc是进口来流中心速度）,其变化范围为0到0.09。当Re=140时,剪切来流作用下圆盘近尾迹由稳态面对称演化为非稳态面对称模态,且对称面垂直于来流剪切方向。当Re=160时,剪切来流作用下圆盘近尾迹由非稳态面对称破坏演化为非稳态面对称模态;与Re=140不同的是,对称面随剪切率的增大逐渐变为与来流剪切方向垂直,说明非稳态面对称模态中对称面的位置由初始场和来流剪切方向共同决定。当Re=180,k=0.01、0.03时,捕捉到一个新的尾迹模态,该模态尾迹结构与非稳态面对称破坏类似,但对称破坏发生的位置靠近圆盘更下游的位置,此时涡旋脱落机制也不同并伴随出现低频不稳定性;随剪切率k增大到0.05-0.09,尾迹又恢复面对称。与均匀来流不同,剪切来流作用下非稳态模态中脱落的发夹涡头部在高速侧较低速侧偏大,且随剪切率增大,差异更明显。在本文研究的低剪切率范围内,无量纲涡旋脱落频率Strouhal数均一致,平均阻力系数和升力系数则随剪切率的增大而增大。最后,本文对圆盘近尾迹模态演化过程中的滞后现象进行了观察并采用Landau模型进行研究验证,表明初始流场对近尾迹的模态演化有重要影响。
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