分布式粗糙度引起的边界层转捩：粗糙度间距的影响

采用直接数值模拟（DNS）和全局稳定性分析研究了分布式粗糙元上粗糙度间距对边界层转捩的影响，并与相同 Reh 下的孤立粗糙元进行比较。小展向间距（$\lambda_z = 2.5h$）抑制了反向旋转涡对（CVP）的形成，因此未产生发夹涡，下游剪切层保持稳定。对于 $\lambda_z = 5h$，CVP 和发夹涡由第一排粗糙元诱发，扰动下游剪切层并引起转捩。主发夹涡的时间周期性似乎与流向间距无关。与孤立粗糙度相比，分布式粗糙度导致更低的失稳临界 Reh 以及更显著的边界层破裂。当流向间距与流动分离区域相当（$\lambda_x = 5h$）时，高动量流体几乎不向下流入空腔，尾流对后续粗糙元影响甚微。主导的不稳定 varicose 模态与沿排列粗糙元的中部低速条带相关，其频率接近孤立情形下发夹涡的脱落频率。对于更大的流向间距（$\lambda_x = 10h$），由全局稳定性分析得到两种不同模态。第一模态呈现 varicose 对称性，对应于第一排粗糙元诱发的主发夹涡脱落。纵向沟槽中形成的高速条带也被发现不稳定并与 varicose 模态相互作用。第二模态为低频的 sinuous 模态，由第一排粗糙元的尾流撞上第二排时诱发，其从高低速条带间的展向剪切中提取大部分能量。