一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及漩渦，尤其是涉及一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]漩渦是普遍存在于自然界的一種運(yùn)動(dòng)特征，諸如龍卷風(fēng)、飛機(jī)尾渦等，這些漩渦能量集中，可能會(huì)帶來非常大的破壞，比如大型的龍卷風(fēng)可以對(duì)地表建筑物和人類帶來致命的傷害，飛機(jī)飛過后留在空中的高能尾渦，可能會(huì)使后面不慎進(jìn)入尾流區(qū)的飛機(jī)機(jī)毀人亡。
[0003]為了減輕此類極具破壞力的漩渦可能帶來的危害，人們嘗試過多種方式:比如針對(duì)龍卷風(fēng)，在美國曾經(jīng)嘗試在龍卷風(fēng)中心使用爆炸方式加速龍卷風(fēng)破裂；為了消除因遭遇尾流而發(fā)生的航空安全隱患，國際民航組織制定了相應(yīng)的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)，來避免后機(jī)進(jìn)入到前機(jī)的尾流場中。諸如這類方法在成本和效率上嚴(yán)重制約其普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法。
[0005]本發(fā)明的具體步驟如下:
[0006]在漩渦渦束的周邊設(shè)有一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體，該激發(fā)擾動(dòng)物體不直接接觸漩渦渦核，靠近該激發(fā)擾動(dòng)物體的漩渦段會(huì)突發(fā)性發(fā)生失穩(wěn)，渦核出現(xiàn)抖動(dòng)，并沿渦管向兩端擴(kuò)散，直至漩渦整體的出現(xiàn)扭曲變形，破裂。
[0007]所述一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體在渦核直徑方向上的投影長度應(yīng)保持渦核直徑的0.6?1.4倍。
[0008]所述一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體的設(shè)置位置與該處漩渦渦核中心的距離應(yīng)保持和渦核直徑相當(dāng)。
[0009]所述一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體作為引入擾動(dòng)的物體，該激發(fā)擾動(dòng)物體外形無特別的要求，但是需要保證在渦核直徑方向上有和渦核直徑同量級(jí)的尺寸。作為激發(fā)擾動(dòng)物體的設(shè)置位置與該處漩渦渦核中心的距離應(yīng)保持和渦核直徑相當(dāng)。
[0010]基于以上特征的的控制方法，具體的要求需要滿足:
[0011]1、激發(fā)擾動(dòng)物體沿著漩渦徑向需要保持一定的尺度a，該尺度以漩渦的渦核直徑為參考，保持在同一個(gè)數(shù)量級(jí)為好；
[0012]2、激發(fā)擾動(dòng)物體在渦核直徑方向的投影尺寸c與渦核半徑r，應(yīng)滿足c/r= 1.2?
2.8，該物體的形狀外觀無特別的要求，可以是球形、立方形或者其他不規(guī)則形狀；
[0013]3、激發(fā)擾動(dòng)物體中心距離渦核中心的位置d，滿足d = 2r時(shí)效果最佳，但稍微的變化，也能有明顯的效果。
[0014]本發(fā)明基于漩渦存在的縱向不穩(wěn)定性，通過在漩渦周邊引入一定的擾動(dòng)因子，主動(dòng)激發(fā)漩渦的縱向不穩(wěn)定性，以加速漩渦的破裂消散。
[0015]本發(fā)明非常有利于激發(fā)漩渦的徑向不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)漩渦的快速破裂。
[0016]利用漩渦的中的徑向不穩(wěn)定性能能較好的加速漩渦的破裂，具有一定的工程應(yīng)用前景。具體地說，漩渦的徑向不穩(wěn)定性，就是在漩渦渦束的徑向方向上的擾動(dòng)會(huì)沿著渦束往兩側(cè)擴(kuò)散，使整體渦管的得到破壞，使能量開始渙散，達(dá)到促進(jìn)漩渦破裂。通過長期的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，擾動(dòng)引入的位置和強(qiáng)度對(duì)促進(jìn)漩渦破裂的效果有著明顯的影響。
[0017]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于:
[0018]1.本發(fā)明基于大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，有著較強(qiáng)的工程可行性。
[0019]2.本發(fā)明所涉及的具體操作，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0020]圖1為系統(tǒng)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的原理圖。
[0022]圖3為圖2的A-A截面圖。
[0023]圖4為加速漩渦破裂的方法原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合圖1?4對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0025]如圖1所示，當(dāng)一個(gè)漩渦I產(chǎn)生后，為了加速其破裂，在合適的位置設(shè)置一個(gè)擾動(dòng)物體2，該擾動(dòng)物體2固定，不跟隨漩渦I旋轉(zhuǎn)。圖1中A為漩渦的旋轉(zhuǎn)方向。
[0026]圖2是具體的原理示意圖，擾動(dòng)物體2不直接接觸漩渦1，與漩渦I的渦核保持一定的距離，圖3是A-A方向的剖面圖，其相關(guān)的特征尺度應(yīng)滿足c/r = 0.8?2，擾動(dòng)物體2中心距離漩渦I渦核中心的位置d，滿足d = 2r時(shí)效果最佳，但稍微的變化，也能有明顯的效果。
[0027]圖4表示，由于擾動(dòng)物體2的設(shè)置，激發(fā)了漩渦I在D處發(fā)生破裂，該特征D沿著漩渦I的徑向方向擴(kuò)散，如圖4中的B、C，最終蔓延至整個(gè)渦束，使漩渦I發(fā)生破裂。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于其具體步驟如下: 在漩渦渦束的周邊設(shè)有一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體，該激發(fā)擾動(dòng)物體不直接接觸漩渦渦核，靠近該激發(fā)擾動(dòng)物體的漩渦段會(huì)突發(fā)性發(fā)生失穩(wěn)，渦核出現(xiàn)抖動(dòng)，并沿渦管向兩端擴(kuò)散，直至漩渦整體的出現(xiàn)扭曲變形，破裂。2.如權(quán)利要求1所述一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于所述一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體在渦核直徑方向上的投影長度應(yīng)保持渦核直徑的0.6?1.4倍。3.如權(quán)利要求1所述一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于所述一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體的設(shè)置位置與該處漩渦渦核中心的距離應(yīng)保持和渦核直徑相當(dāng)。4.如權(quán)利要求1所述一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于所述一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的激發(fā)擾動(dòng)物體作為引入擾動(dòng)的物體，需要保證在渦核直徑方向上有和渦核直徑同量級(jí)的尺寸。5.如權(quán)利要求1所述一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于所述激發(fā)擾動(dòng)物體在渦核直徑方向的投影尺寸c與渦核半徑r，應(yīng)滿足c/r = 1.2?2.8。6.如權(quán)利要求1所述一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于所述激發(fā)物體的形狀為球形、立方形或者其他不規(guī)則形狀。7.如權(quán)利要求1所述一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，其特征在于所述激發(fā)擾動(dòng)物體的中心距離渦核中心的位置d，應(yīng)滿足d = 2r。
【專利摘要】一種基于徑向不穩(wěn)定性的加速漩渦破裂的方法，涉及漩渦。在漩渦渦束的周邊設(shè)有一個(gè)特征尺寸與渦核直徑為同一數(shù)量級(jí)的物體，該物體不直接接觸漩渦渦核，靠近該物體的漩渦段會(huì)突發(fā)性發(fā)生失穩(wěn)，渦核出現(xiàn)抖動(dòng)，并沿渦管向兩端擴(kuò)散，直至漩渦整體的出現(xiàn)扭曲變形，破裂?；阡鰷u存在的縱向不穩(wěn)定性，通過在漩渦周邊引入一定的擾動(dòng)因子，主動(dòng)激發(fā)漩渦的縱向不穩(wěn)定性，以加速漩渦的破裂消散。有利于激發(fā)漩渦的徑向不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)漩渦的快速破裂。漩渦的徑向不穩(wěn)定性，就是在漩渦渦束的徑向方向上的擾動(dòng)會(huì)沿著渦束往兩側(cè)擴(kuò)散，使整體渦管的得到破壞，使能量開始渙散，達(dá)到促進(jìn)漩渦破裂。擾動(dòng)引入的位置和強(qiáng)度對(duì)促進(jìn)漩渦破裂的效果有著明顯的影響。
【IPC分類】F15D1/00
【公開號(hào)】CN104895876
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510267204
【發(fā)明人】鮑鋒, 劉錦生
【申請(qǐng)人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日