Page 104 - 2022年第53卷第12期

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图 ５ 第 １阶与第 ２阶模态的拟序结构（Ｑ＝ ４０ｍ ?ｈ）
拟序涡特征长度且速度方向相反，因此可以认为环隙流场中这种现象同样是剪切涡沿流向的产生—发
展过程。但该现象与经典圆柱绕流尾迹流场前两阶模态差异在于前两阶模态所含湍动能占流场总湍动
能之比相差较大———圆柱绕流前两个模态占比相差十分小，这种差异来源于环隙流场特征子午面内二
维边界条件的非对称性导致的模态相对占优。
４．３ 流场各阶拟序结构的雷诺应力重构
（１）经过本征正交分解后，湍流流场的各阶能量模态存在的较大尺度拟序结构是导致特征子午面
内雷诺应力较大的原因，而较小尺度的拟序结构对流场雷诺应力贡献较小。通过对每个模态计算沿程
平均雷诺应力以得到不同工况时某一模态在流场沿程各处的雷诺应力贡献，对流场的对流输运进行尺
度分离。如图 ６所示即为流场主流沿径向的平均雷诺应力沿程分布曲线、对应工况的前 ５阶模态雷诺
应力贡献曲线以及前 ５阶模态总和雷诺应力贡献曲线。各个工况时，前 ５阶的流场模态已经能够捕捉
流场 ６０％～８０％的雷诺应力，对于能量累积贡献曲线前 ５阶流场模态只能捕捉 ５０％～７０％的流场能量，
对比可知一方面流场的雷诺应力主要来源于流场内较大尺度的湍流脉动，另一方面流场的前 ５阶模态
对雷诺应力贡献要比对流场脉动能量贡献略大。
（ ２）随着环隙宽度的减小，主流沿径向的雷诺应力持续减小，说明主流的径向对流输运愈加受到
边界的限制。第 １阶与第 ２阶模态贡献的雷诺应力远大于第 ３、第 ４、第 ５阶模态，约为 ２０～４０倍。
并且前 ５阶模态雷诺应力的峰值，尤其是前两阶模态的雷诺应力峰值与流场平均沿程雷诺应力峰值较
为对应，而前 ５阶模态的累积雷诺应力曲线与平均沿程雷诺应力曲线十分相似并且在沿程某些位置处
幅值相等。经过计算，前 ２０阶模态所对应的累积雷诺应力曲线已与平均沿程雷诺应力曲线较为符合，
最大相对误差不超过 ５％；前 ５０阶模态相应的最大相对误差不超过 １％，说明采用本征正交分解所得

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