Đặc trưng trường vận tốc trong nước nhảy hoàn chỉnh trên nền nhám lăng trụ tam giác vuông

Tóm tắt

Nghiên cứu này phân tích cấu trúc động lực học của nước nhảy hoàn chỉnh trên nền nhám lăng trụ tam giác vuông thông qua hậu xử lý 210 trường hợp mô phỏng số đã được kiểm chứng. Thay vì chỉ xem xét các tham số vĩ mô như độ sâu liên hợp và chiều dài nước nhảy, nghiên cứu tập trung làm rõ cơ chế tiêu hao năng lượng ở thang vi mô dựa trên biên dạng vận tốc chuẩn hóa và phân bố xoáy trong vùng nước nhảy. Kết quả cho thấy hình học nhám tam giác vuông làm thay đổi bản chất lớp dòng cắt chính, ngoài cuộn xoáy âm đặc trưng của nước nhảy trên đáy trơn, các gradient vận tốc cục bộ do quá trình gia tốc trên mặt nghiêng và tách dòng tại cạnh nhám đã tạo nên các vùng xoáy dương sát đáy. Sự tương tác giữa hệ xoáy âm quy mô lớn và các xoáy dương cục bộ này làm tăng cường trao đổi động lượng theo phương đứng, tái phân bố năng lượng từ dòng chủ xuống lớp biên đáy. Hệ quả là biên dạng vận tốc sai khác rõ rệt so với trường hợp nền trơn, với vận tốc cực đại dịch chuyển ra xa đáy và chiều dày lớp biên tăng xấp xỉ ba lần. Ngoài ra, những phát hiện này cung cấp cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa thiết kế bể tiêu năng.