曲率对近壁湍流结构的影响

本文描述了近壁湍流与壁面曲率之间的相互作用，研究对象为底部壁面带有小幅凹-凸-凹凸起的平面通道内的不可压缩流，凸起高度与主要湍流结构的壁法向位置相当。分析始于直接数值模拟生成的数据库，并基于各向异性广义 Kolmogorov 方程（即二阶结构函数张量的精确平衡方程）。在物理空间与尺度空间中描述了凸起对壁面循环以及能量产生、再分配与传递的影响。在凸起上游侧，从平均流中抽离以维持流向脉动的能量减少，高、低流向速度条带减弱并被展向拉伸。而在凸起尖端之后，流向脉动的产生增强，条带强化，并逐渐恢复其典型展向尺度。壁法向脉动（及准流向涡）在凸起上游侧由平均流维持，而在下游侧能量从垂直脉动流向平均场。在上游侧的凹面部分，近壁脉动形成展向速度结构，符合早期发展阶段的 Taylor-Görtler 涡。通过分析尺度空间压力-应变项描述了其演化。给出了凸起流动的示意性描述，依据曲率与流向压力梯度的符号划分出不同区域。