高雷诺数流动的控制方程体系和扩散抛物化Navier-Stokes方程组的意义和用途

在计算机发达的时代,高雷诺(Re)数绕流计算中有无必要使用简化NS方程组,本文讨论这个问题.主要内容如下:(1)高Re数绕流包含3种基本流动:所有方向对流占优流动、所有方向对流扩散竞争流动和部分方向对流占优部分方向对流扩散竞争流动(简称干扰剪切流动),3个基本流动的特征彼此不同且在流场中所占领域大小彼此相差悬殊,NS方程区域很小,它们的最简单控制方程组Euler、Navier-Stokes(NS)和扩散抛物化(DP)NS方程组的数学性质彼此不同,因此利用Euler-DPNS-NS方程组体系分析计算高Re数绕流流动就是一个合乎逻辑的选择,该法与利用单一NS方程组的常用方法可以彼此检验和补充.(2)流体之间以及流体与外界的动量、能量和质量交换,流态从层流到湍流的演化主要发生在干扰剪切流动中,干扰剪切流及其最简单控制方程--DPNS方程组具有基础意义;DPNS方程组笔者在1967年已提出.(3)诸简化NS方程组:DPNS、抛物化(P)NS、薄层(TL)NS、黏性层(VL)NS方程组的发展、相互关系,它们的历史贡献和今后的用途;它们的数学性质均为扩散抛物型,但它们包含的黏性项彼此有所不同;从流体力学角度来看,它们中只有DPNS方程组能够准确描述干扰剪切流动.提出把诸简化NS方程组统一为DPNS方程组的建议.(4)干扰剪切流--DPNS方程组与无干扰剪切流--边界层方程组之间的关系以及进一步研究干扰剪切流的意义.