基于大涡旋模拟的植物冠层上局部火焰模拟加热引起的浮力浪动动力学研究

浮力浪动与植物冠层相互作用会产生与草地环境中不同的湍流特征。本文采用大涡旋模拟 (Large-Eddy Simulation, LES) 对受横风作用的均匀植物冠层中浮力浪动的湍流动力学进行建模。随着浪动与横风相互作用，我们观察到风向侧边缘出现涡旋增强，背向侧出现倾斜的发夹状涡旋结构。强旋转核形成反旋转涡对 (Counter-Rotating Vortex Pair, CVPs)，作为流体向背向侧扭曲螺旋进入浮力源两侧的过程。空中流动模式表现出螺旋运动，随着 CVPs 向下游输送，尾随浪动。我们还模拟了无冠层环境以进行比较。浪动在冠层情况下的靠近源头处倾斜角度小于无冠层情况，这源于冠层阻力及其背向侧的流体回流，阻挡了靠近源头的上游流动。此外，由于冠层的气动效应，浪动从上升阶段过渡到弯曲阶段被延迟，远场均匀浪动中心线的振荡行为更显平缓。此外，在冠层环境中，向下传递动量主要通过源头上方的排出和冠层内的吸扫实现。背向侧，反梯度运动在将动量从浮力源传递开方面发挥重要作用，其中向外相互作用最为显著。相反，在无冠层环境中，靠近地面的反梥动作被上游的排出主导区域和下游的吸扫主导区域所包围。对比冠层与无冠层环境中浪动行为的见解，对于与实验比较和完善火行为或浪动升高模型至关重要。