粗糙到光滑的湍流边界层中，在粗糙度变化后恢复到平衡流动条件下的壁面剪切应力恢复
摘要：从粗糙表面到光滑表面的突然过渡，摩擦剪切应力的恢复受到了研究。之前的研究质疑了标准光滑壁方法在这种情况下测量壁剪切应力的可靠性，并且随后的研究显示了根据确定壁剪切应力的方法的不同而存在显著的不一致性。本文通过利用Re_au近4100的一系列实验数据库，既能够直接测量壁剪切应力，也能够间接测量壁剪切应力，以了解其对新表面达到平衡状态的恢复情况。我们的结果表明，黏性区域（z^+lesssim 4）几乎立即恢复到与新壁面条件的平衡状态，然而，在缓冲区和之后的区域，需要几个边界层厚度才能恢复到平衡状态，这比之前认为的时间更长。我们利用一组独特的直接数值模拟数据库证实了这些发现，显示出在粗糙到光滑的转换近处，根据平均速度分布估计的壁剪切应力往往低估了其大小，这可能在文献中报道的达到平衡条件的恢复长度的大散布中起着一定作用。我们的结果还表明，在突变下游的一个边界层厚度内，靠近壁面区域的较小能量尺度恢复到与新壁面条件相关的平衡状态，而较大的能量尺度在突变下游的多个边界层厚度内表现出超激励状态。
作者：Mogeng Li, Charitha M. de Silva, Amirreza Rouhi, Rio Baidya, Daniel Chung, Ivan Marusic and Nicholas Hutchins
论文ID：2308.01777
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-04