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.
陈槐, 张磊, 王乃茹, 朱立俊. 基于等值面体的三维涡旋数量与形状特征研究. 力学学报, 待出版. doi: 10.6052/0459-1879-23-297.