湍流边界层方波空间展向强迫的实验评估
流体动力学
2024-04-17 v2
摘要
我们展示了湍流边界层流动中空间展向强迫的实验实现,旨在降低摩擦阻力。该强迫由一系列交替展向方向运行的展向传送带实现,从而产生稳态空间方波强迫。在流向-壁面法向平面中使用 SPIV,针对无量纲波长 ,研究驱动对流动的影响,包括湍流统计、阻力性能特征和展向速度剖面。我们确认此类强迫可实现显著的流动控制效果。高阶湍流统计的标量场显示,在第一条传送带上应力与湍流动能产生已强烈衰减,随后在第二条传送带上逐渐降低至稳态能量响应。近壁区流向速度减小,表明处于减阻流动状态。高阶湍流统计剖面在壁面法向高度 以内均被衰减,在无量纲驱动振幅 下,最大流向应力降低 45%,积分湍流动能产生降低 39%。我们引入了经典层流 Stokes 层理论的扩展,以描述对应于当前情形的非正弦边界条件。展向速度剖面与该扩展理论模型吻合良好。阻力降低由黏性子层范围 内的线性拟合估计。结果发现其与 Viotti 等人(2009)的数值实现在定性上吻合良好,匹配随 变化的减阻趋势,并达到最大 20% 的减阻。
引用
@article{arxiv.2308.04122,
title = {Experimental assessment of square wave spatial spanwise forcing of a turbulent boundary layer},
author = {Max W. Knoop and Friso H. Hartog and Ferdinand F. J. Schrijer and Olaf W. G. van Campenhout and Michiel van Nesselrooij and Bas W. van Oudheusden},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.04122},
year = {2024}
}