Townsend 壁面附着涡的特征尺度
流体动力学
2021-10-26 v2
摘要
Townsend（1976）针对高雷诺数壁湍流的对数层（log-layer）提出了一种结构模型，其中主导动量输运的运动被组织为附着于壁面的多尺度涡群。在附着涡框架中，壁面附着涡的相关长度和速度尺度为摩擦速度和到壁面的距离。在本工作中，我们假设动量输运涡受平均动量通量和平均剪切控制，而不显式依赖于到壁面的距离，并据此提出了与之相符的新的特征速度、长度和时间尺度。我们的假设得到了由非均匀体积力驱动且平均速度剖面被修正的湍流槽道流直接数值模拟（DNS）的支持，其中由此产生的外层流动结构被显著改变以适应新的平均动量输运。所提出的标度进一步由如下模拟佐证：将无滑移壁面替换为三个速度分量的 Robin 边界条件，从而允许在所有长度尺度上存在显著的壁面法向渗透。我们表明，该具有渗透的槽道的外层单点统计与能谱与其壁面有界对应情形在定量上一致。结果表明，恢复远离壁面的经典壁面有界湍流并不需要壁面平行无滑移条件，更重要的是，壁面处的不可渗透条件也并非必需。
引用
@article{arxiv.1901.04613,
title = {Characteristic scales of Townsend's wall attached eddies},
author = {Adrián Lozano-Durán and Hyunji Jane Bae},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.04613},
year = {2021}
}
备注
Section 3 revised, typos corrected