受限旋转雷利-贝纳德对流中的强壁模式及其与体积湍流的相互作用
摘要：限制旋转对流中，靠近侧壁处可以出现一个强大的纵向流，它具有模态结构，并且沿侧壁逆时针（与应用的旋转方向相反）进行进动。据推测，在大规模对流开始前观察到的这种壁模态演化是稳定的非线性进化。在这里，我们通过与之前的研究进行比较，进行了高旋转速率和强湍流驱动的圆柱限制旋转对流的直接数值模拟。通过辨认观察到的边界纵向流和壁模态之间的关系，我们发现了一个无需拟合参数的关系，将在湍流区域深处观察到的稳健壁模态的角漂移频率与开始时的临界壁模态频率联系起来。更强的湍流驱动引起的与这个关系的偏差表明，壁模态发展受到了大规模湍流开始的早期迹象的抑制。此外，通过研究壁模态和大规模湍流之间的相互作用流动，我们发现从壁模态向大规模湍流中穿透的径向喷流。这些喷流在大规模湍流中引起了一个与壁模态的波数有关的大尺度多极涡结构。在狭窄的圆柱中，整个大规模流场由径向喷流驱动的一个四极涡主导，而在较宽的圆柱中，喷流被发现具有有限穿透长度，并且涡结构并没有覆盖整个大规模流场。我们还确定了雷诺应力在侧壁附近产生纵向流中的作用。
作者：Xander M. de Wit, Wouter J. M. Boot, Matteo Madonia, Andr''es J. Aguirre Guzm''an, Rudie P. J. Kunnen
论文ID：2303.00469
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-01