CN104895876B - 一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法 - Google Patents

一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法，涉及漩涡。在漩涡涡束的周边设有一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的物体，该物体不直接接触漩涡涡核，靠近该物体的漩涡段会突发性发生失稳，涡核出现抖动，并沿涡管向两端扩散，直至漩涡整体的出现扭曲变形，破裂。基于漩涡存在的纵向不稳定性，通过在漩涡周边引入一定的扰动因子，主动激发漩涡的纵向不稳定性，以加速漩涡的破裂消散。有利于激发漩涡的径向不稳定性，实现漩涡的快速破裂。漩涡的径向不稳定性，就是在漩涡涡束的径向方向上的扰动会沿着涡束往两侧扩散，使整体涡管的得到破坏，使能量开始涣散，达到促进漩涡破裂。扰动引入的位置和强度对促进漩涡破裂的效果有着明显的影响。

Description

一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法
技术领域
本发明涉及漩涡，尤其是涉及一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法。
背景技术
漩涡是普遍存在于自然界的一种运动特征，诸如龙卷风、飞机尾涡等，这些漩涡能量集中，可能会带来非常大的破坏，比如大型的龙卷风可以对地表建筑物和人类带来致命的伤害，飞机飞过后留在空中的高能尾涡，可能会使后面不慎进入尾流区的飞机机毁人亡。
为了减轻此类极具破坏力的漩涡可能带来的危害，人们尝试过多种方式：比如针对龙卷风，在美国曾经尝试在龙卷风中心使用爆炸方式加速龙卷风破裂；为了消除因遭遇尾流而发生的航空安全隐患，国际民航组织制定了相应的尾流间隔标准，来避免后机进入到前机的尾流场中。诸如这类方法在成本和效率上严重制约其普及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法。
本发明的具体步骤如下：
在漩涡涡束的周边设有一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体，该激发扰动物体不直接接触漩涡涡核，靠近该激发扰动物体的漩涡段会突发性发生失稳，涡核出现抖动，并沿涡管向两端扩散，直至漩涡整体的出现扭曲变形，破裂。
所述一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体在涡核直径方向上的投影长度应保持涡核直径的0.6～1.4倍。
所述一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体的设置位置与该处漩涡涡核中心的距离应保持和涡核直径相当。
所述一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体作为引入扰动的物体，该激发扰动物体外形无特别的要求，但是需要保证在涡核直径方向上有和涡核直径同量级的尺寸。作为激发扰动物体的设置位置与该处漩涡涡核中心的距离应保持和涡核直径相当。
基于以上特征的的控制方法，具体的要求需要满足：
1、激发扰动物体沿着漩涡径向需要保持一定的尺度a，该尺度以漩涡的涡核直径为参考，保持在同一个数量级为好；
2、激发扰动物体在涡核直径方向的投影尺寸c与涡核半径r，应满足c/r＝1.2～2.8，该物体的形状外观无特别的要求，可以是球形、立方形或者其他不规则形状；
3、激发扰动物体中心距离涡核中心的位置d，满足d＝2r时效果最佳，但稍微的变化，也能有明显的效果。
本发明基于漩涡存在的纵向不稳定性，通过在漩涡周边引入一定的扰动因子，主动激发漩涡的纵向不稳定性，以加速漩涡的破裂消散。
本发明非常有利于激发漩涡的径向不稳定性，实现漩涡的快速破裂。
利用漩涡的中的径向不稳定性能能较好的加速漩涡的破裂，具有一定的工程应用前景。具体地说，漩涡的径向不稳定性，就是在漩涡涡束的径向方向上的扰动会沿着涡束往两侧扩散，使整体涡管的得到破坏，使能量开始涣散，达到促进漩涡破裂。通过长期的实验对比，扰动引入的位置和强度对促进漩涡破裂的效果有着明显的影响。
本发明的创新点在于：
1.本发明基于大量的基础实验，有着较强的工程可行性。
2.本发明所涉及的具体操作，结构简单，易于实现。
附图说明
图1为系统示意图。
图2为本发明的原理图。
图3为图2的A-A截面图。
图4为加速漩涡破裂的方法原理图。
具体实施方式
为了更好理解本发明，下面结合图1～4对本发明的实施方式进行详细的说明。
如图1所示，当一个漩涡1产生后，为了加速其破裂，在合适的位置设置一个扰动物体2，该扰动物体2固定，不跟随漩涡1旋转。图1中A为漩涡的旋转方向。
图2是具体的原理示意图，扰动物体2不直接接触漩涡1，与漩涡1的涡核保持一定的距离，图3是A-A方向的剖面图，其相关的特征尺度应满足c/r＝0.8～2，扰动物体2中心距离漩涡1涡核中心的位置d，满足d＝2r时效果最佳，但稍微的变化，也能有明显的效果。
图4表示，由于扰动物体2的设置，激发了漩涡1在D处发生破裂，该特征D沿着漩涡1的径向方向扩散，如图4中的B、C，最终蔓延至整个涡束，使漩涡1发生破裂。

Claims (4)

1.一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法，其特征在于其具体步骤如下：
在漩涡涡束的周边设有一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体，该激发扰动物体不直接接触漩涡涡核，靠近该激发扰动物体的漩涡段会突发性发生失稳，涡核出现抖动，并沿涡管向两端扩散，直至漩涡整体的出现扭曲变形，破裂；
所述一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体在涡核直径方向上的投影长度应保持涡核直径的0.6～1.4倍；
所述一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体的设置位置与该处漩涡涡核中心的距离应保持和涡核直径相当。
2.如权利要求1所述一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法，其特征在于所述一个特征尺寸与涡核直径为同一数量级的激发扰动物体作为引入扰动的物体，需要保证在涡核直径方向上有和涡核直径同量级的尺寸。
3.如权利要求1所述一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法，其特征在于所述激发物体的形状为球形、立方形或者其他不规则形状。
4.如权利要求1所述一种基于径向不稳定性的加速漩涡破裂的方法，其特征在于所述激发扰动物体的中心距离涡核中心的位置d，应满足d＝2r，其中r为涡核半径。
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