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摘要
涡旋是紊流的基本结构，被誉为流体运动的肌腱，涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义。基于直接数值模拟的槽道紊流数据与旋转强度涡旋识别方法，以涡旋三维结构等值面体（以三角网格为单位）为研究对象，通过设置三角形切面，利用两三角形相交快速检测算法提取涡旋多边形，研究不同等值面体阈值及壁面距离条件下，涡旋数量与形状特征（圆度、半径、凸状及纵横比因子）的变化规律。以对数区内涡旋为例：随着阈值的增加，涡旋密度呈对数律快速递减，圆度与半径因子PDF变高耸，圆度均值快速递增后保持不变而半径均值不断递减，纵横比因子PDF未显著改变且均值基本不变，凸状因子PDF向脉冲函数靠近，说明阈值增大导致涡旋逐渐变少、变圆、变小并更饱满。在同一阈值下，随着壁面距离的增加，涡旋密度在外区（除靠近水面区域外）也呈对数律递减，圆度、纵横比及凸状因子先快速增加随后不变或缓慢增长，半径因子快速递减后保持不变，说明涡旋在远离壁面的过程中在不断破灭但形态却较为稳定。
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单位中国水利水电科学研究院; 南京水利科学研究院; 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室
