湍流波和气泡扩散在自通气开渠流中的联系：两态空气浓度
摘要：高弗洛德数流在湍流的不稳定作用超过重力和表面张力力的效应时会自然通气。传统上，所得到的气体浓度剖面被解释为使用单层方法，在水中求解对流扩散方程的解，即气泡的分散。根据广泛的实验证据，我们认为完整的气体浓度剖面应通过不同规范湍流流动的弱相互作用来解释，即湍流边界层（TBL）和湍流波动层（TWL）。在将流动速度分解为纯壁流和自由流的基础上[Krug et al., J. Fluid Mech. (2017), vol. 811, pp. 421--435]，我们提出了一种物理上一致的两态自通气流结构公式。气体浓度在数学上建立在一个修正的劳斯剖面和一个高斯误差函数之上，类似于TBL和TWL中的垂直质量输运。我们将我们的气体浓度理论应用于来自不同数据集的500多个剖面，取得了良好的一致性。最后，我们展示了湍流施密特数，用于描述动量-质量传递，在0.2到1之间变化，这与TBL中的先前质量传递实验是一致的。总的来说，所提出的流动概念为基于物理的自通气流湍流质量扩散的数值模拟建立了基础。
作者：Matthias Kramer and Daniel Valero
论文ID：2305.17354
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-07-20