零压力梯度热湍流边界层直至 $\textrm{Pr = 6}$ 的直接数值模拟
流体动力学
2023-11-10 v1
摘要
本研究旨在提供热边界层的数值数据库，并增进对不同普朗特数下被动标量动力学理解。为此，对不可压缩零压力梯度湍流边界层进行了直接数值模拟（DNS），基于动量厚度的雷诺数 高达 。采用伪谱代码 SIMSON（Chevalier 等，2007），在恒定 Dirichlet 边界条件下模拟了普朗特数 的四个被动标量。据我们所知，本直接数值模拟提供了文献中可用的最高普朗特数热边界层。当流体温度视为被动标量时，其对应于约 24 的水。计算了流动与热场的湍流统计，并与相近雷诺数下已有数值模拟进行比较。平均流与温度剖面、均方根（RMS）速度与温度脉动、湍流热通量、湍流普朗特数及高阶统计均与文献报道的数值数据吻合良好。此外，计算了速度与被动标量的预乘二维谱，定量描述了不同壁法向位置处各长度尺度的能量分布。热通量场在壁面的能量分布集中于较长时间结构，并随普朗特数增大呈现不同的壁面足迹。
引用
@article{arxiv.2301.12915,
title = {Direct numerical simulation of a zero-pressure-gradient thermal turbulent boundary layer up to $\textrm{Pr = 6}$},
author = {Arivazhagan G. Balasubramanian and Luca Guastoni and Philipp Schlatter and Ricardo Vinuesa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.12915},
year = {2023}
}