用能量梯度法研究平面库埃特流中的湍流转捩

能量梯度法是为了更好地理解从层流到湍流的流动转捩机制而提出的。在该方法中，研究表明，对于给定的扰动，转捩为湍流取决于横向总机械能梯度（放大扰动）与粘性摩擦引起的能量耗散（抑制扰动）的相对大小。对于给定的流动几何形状和流体性质，当流场中函数K（代表横向总机械能梯度与流向粘性摩擦能量耗散率之比的函数）的最大值超过某个临界值时，可以预期某些初始扰动将导致不稳定性。本文利用能量梯度分析，推导了平面库埃特流能量梯度函数K的计算方程。结果表明，K在移动壁面处达到最大值。因此，在给定的相同归一化扰动水平下，对于足够高的雷诺数，靠近移动壁面的流体层是产生初始振荡的最危险位置。实验观察到的湍流转捩时K的临界值，对于两壁面反向运动（反对称）的平面库埃特流约为370。该值与平面泊肃叶流和管道泊肃叶流的值（385-389）大致相同。因此，可以得出结论，对于壁面约束的平行剪切流，包括压力驱动流（对称情况）和剪切驱动流（反对称情况），其湍流转捩的K临界值约为370-389。