湍流槽道流中聚合物减阻：不变经验模态间的能量重分布

我们利用黏弹性流动的 FENE-P 模型的直接数值模拟(DNS)，研究稀聚合物流体添加剂在湍流中的减阻现象。已有大量工作表明这些模型方程能重现该现象，但迄今为止 DNS 结果尚未以解释该现象为目标加以分析。为构建理解减阻的有用框架，我们在本文中分别对黏弹性和牛顿湍流中维持的最重要的模态展开研究。这些模态通过 Karhunen-Loeve 分解经验获得，使我们能够比较黏弹性流与牛顿流中最具能量的模态。本研究的主要发现是，最具能量模态的空间构型在两种流动间几乎不变。改变的是这些模态所关联的能量，以及它们从最具能量到最不具能量的递减排序。在一种流动中被高度激发的模态在另一种流动中可能被强烈抑制，反之亦然。如本文所提出，这种剧烈的能量重分布是减阻机制的重要线索。特别地，与牛顿流相比，黏弹性流中含能模态的能量有所增强；减阻出现在含能模态而非某些先前理论所提出的耗散模态中。