压力梯度湍流边界层中的历史效应与近平衡态

采用高分辨率大涡模拟(LES)研究逆压力梯度下的湍流边界层,旨在评估流向压力发展的影响。以 Clauser 参数 $\beta$ 识别近平衡边界层。压力梯度通过规定自由流速度施加。为满足近平衡条件,自由流速度须遵循幂律分布。将具有恒定 Clauser 压力梯度参数 β 的情形的湍流统计量与在匹配 β 和摩擦雷诺数 Re_tau 下具有非恒定压力分布的情形进行比较。注意到非恒定情形在远下游似乎趋近于边界层的某一特定状态,该状态由 beta 和 Re_tau 唯一表征。将平板上的研究扩展至绕翼型的流动。在匹配 Re_tau 和 β 下与平板情形比较揭示若干有趣特征:在发展历程中具有强压力梯度的湍流边界层,其外区载能结构显著增强,这可由平均速度中显著的尾迹以及雷诺应力中的大第二峰值探测到。此外,测试了 Kitsios 等(2015)提出的以边缘速度和位移厚度为标度参数的标度律,应用于恒定压力梯度情形。发现平均速度与雷诺应力剖面依赖于下游发展,表明其结论可能源于过短的恒定压力梯度区域。