强压力梯度下湍流边界层的直接数值模拟
流体动力学
2021-05-19 v1
摘要
通过对不可压缩 Navier-Stokes 方程的直接数值模拟（DNS）计算了流经高斯形凸起的湍流边界层。该二维凸起引起一系列快速交替的强压力梯度。在 inflow 处，动量厚度雷诺数约为 1,000，边界层厚度为凸起高度的 1/8。DNS 结果表明，强顺压梯度（FPG）使边界层进入再层流化过程。近壁湍流显著减弱并变得间歇，但再层流化并未完成。流向速度剖面偏离标准对数律，雷诺切应力减小。强加速度还抑制了以壁面剪切归一化的湍动能产生率。在凸起峰值处，FPG 转为逆压梯度（APG），近壁湍流通过部分再转捩过程突然增强。这导致一个新的高能量内层产生，该内层对强 APG 更具韧性，并仅在下风侧产生初始流动分离。在强 FPG 和 APG 区域，内层和外层在很大程度上彼此独立。近壁区域对压力梯度作出响应并决定表面摩擦。外层的行为类似于受压力梯度和平均流线曲率效应影响的自由剪切层。文中还讨论了该凸起的 RANS 模拟结果，并清晰显示出其对近壁压力梯度对平均流影响缺乏预测能力。
引用
@article{arxiv.2010.08577,
title = {Direct Numerical Simulation of a Turbulent Boundary Layer with Strong Pressure Gradients},
author = {Riccardo Balin and Kenneth E. Jansen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.08577},
year = {2021}
}