跨向旋转对通道流动分离与恢复的影响

本文采用直接数值模拟，对带有抛物线凸起的底壁的跨向旋转湍流通道流进行研究，探讨旋转对流动分离的影响。比较了四种旋转率 $Ro_b := 2\Omega H/U_b = \pm 0.42, \; \pm 1.0$ 与非旋转情形下的流动。凸起背面的轻微逆压梯度允许可变的压力驱动分离。相对于非旋转分离，凸起位于反旋向侧时可减少（增加）分离区域。所有旋转情形下的总阻力均得到降低。通过多种机制，旋转改变了分离的发生、重新附着以及湍flow恢复的方式。发现平均动量损失是关键因素。对系统旋转与平均剪切涡旋之比 $S:=\Omega/\Omega_s$ 的物理解释提供了关于稳定阈值 $S=-0.5$ 和 $-1$ 的机制。根据流动结构的动力学学术解释了旋转效应。对于反旋向分离，Taylor-G"ortler 涡旋与壁面湍流的簇毛涡旋之间的相互作用被证明是导致分离剪切层破裂的原因。对近壁减速及其导致的簇毛涡旋喷发在破坏反旋向流动中的essential作用作出了普遍论断。这一机制预计将对诸如热力学对流和凹壁边界层等其他类似旋转剪切流的应用产生广泛影响。