湍流轴对称管状扩张中的相干结构传输

轴对称管状扩张中的湍流分离流可以维持尽管均拓扑几乎相同但根本不同的传输组织。我们使用 Stereo-PIV 和时分解析平面 PIV，比较突然的 $90^\circ$（阶梯）和渐变的 $45^\circ$（楔形）轴对称扩张，阶梯高度雷诺数为 25000 和 35000。尽管重新附着长度相似，近分离的湍流 differs，楔形表现出更广泛的剪切层上更高的湍流动能，而阶梯则将产能限制在靠近角落较薄的区域，此处次涡旋削弱了动量和涡动。空间谱显示，在分离处垂直速度涡动的空间谱中出现显著的谱峰。这一特征在所有案例中都一致观察到，反映了扩张对涡动能量在与分离剪切层相互作用后在分散流中的重新分配。时序谱显示无几何特定的主导频率，空间-时间相关性表明所有案例的归一化对流速度相似。因此，几何的主要影响不在于特征尺度或传输速度，而在于相干性的空间组织和持久性。阶梯案例表现出更强的谱浓度、更长的局部积分时间尺度以及更广泛的空间-时间相关性分布，这与动量贫乏的回流有关。有限时李普纳夫指数（FTLE）场确认，这些差异也延续到物质传输，因为楔形产生更大且更不连贯的变形区域，而阶梯产生更分段的模式，贯穿重新附着后仍然存在。