具有流动控制的充分发展湍流槽道中的全局能量通量
流体动力学
2018-11-14 v1
摘要
本文讨论自然与控制湍流槽道流中的积分能量通量，其中主动表面摩擦减阻技术允许更有效地利用可用功率。我们研究增加的效率是否在平均流速场（平均耗散）和脉动流速场（湍流耗散）耗散能量的方式上表现出任何一般趋势。在不同的控制策略下，在恒定功率输入（CPI）下执行直接数值模拟（DNS），使得在统计平衡时每个流动（未控制的或通过不同手段控制的）具有相同的功率输入，因此具有相同全局能量通量，并且根据定义具有相同总能量耗散率。模拟揭示，在成功控制的流动中，平均与湍流能量耗散率的变化可正可负。通过对总耗散的新分解（源于扩展的 Reynolds 分解，其中平均流速被拆分为层流分量和相对于它的偏差），使这些变化的定量描述成为可能。得益于层流量的解析表达式，推导出了精确关系，将实现的流率增加和流动系统中的所有能量通量与 Reynolds 切应力和 Reynolds 数的两个壁法向积分联系起来。能量通量对 Reynolds 数的依赖通过简单模型阐明，其中 Reynolds 切应力受控制相关的变化通过平均流速剖面的修正来计入。新分解产生的能量通量的物理意义揭示了它们的相互关系和与流动控制的联系，从而可以明确流动控制的目标。
引用
@article{arxiv.1809.00730,
title = {Global energy fluxes in fully-developed turbulent channels with flow control},
author = {Davide Gatti and Andrea Cimarelli and Yosuke Hasegawa and Bettina Frohnapfel and Maurizio Quadrio},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.00730},
year = {2018}
}