带沟槽壁的 Taylor-Couette 流的直接数值模拟：转矩标度与流动结构

我们给出了带沟槽壁的 Taylor-Couette 流在固定半径比 $\eta=r_i/r_o=0.714$ 下的直接数值模拟，内圆柱雷诺数高达 $Re_i=3.76\times10^4$，对应于泰勒数高达 $Ta=2.15\times10^9$。沟槽是附着在壁面上的轴对称 V 形障碍物，尖端角为 $90^\circ$。将结果与光滑壁情况进行比较，以研究沟槽对 Taylor-Couette 流的影响。我们关注转矩、流动结构和边界层的有效标度律。研究发现，当沟槽高度小于边界层厚度时，转矩与光滑壁情况相同。随着 $Ta$ 增大，边界层厚度变得小于沟槽高度。羽流从沟槽尖端喷出，并在其后之间形成二次环流。这与转矩的急剧增加相关，因此转矩相对于 $Ta$ 的有效标度律变得更陡。进一步增加 $Ta$ 不会导致斜率的额外增加。相反，有效标度律饱和到光滑壁所见的“终极”区有效指数。研究发现，即使在饱和后斜率与光滑壁情况相同，转矩的绝对值增加了，且沟槽尺寸越大增加越多。