强壁调制下有粘性与湍流流动中的层流
摘要
我们使用直接数值模拟研究在振动管道中的层流、过渡和湍流流动，管径雷诺数范围为 1-5300。以轴向方向的强正弦壁振荡为依据，对流行为以摩擦系数 f 和平均速度统计进行分析。 Depending on the wall amplitude k，flow reversal 可能在雷诺数仅为 25 时出现，诱导局部循环区显著增加层流中的摩擦。这些效应未被基于管道体积几何参数的经典模型所捕捉，但需要定义作为水动学概念的有效水力半径 Rh。此外，壁调制触发湍流次临界过渡，雷诺数范围为 500-1000，显著低于光滑管道的经典阈值。DNS 数据暗示层流持久性具有上限，其临界雷诺数随壁�幅呈幂律关系，符合有限幅度过渡情景。 在湍流 regime 中，流动被发现是完全粗糙的，由惯性分离和壁面干扰主导，与 Re 无关。 Using the hydraulic radius as the characteristic length scale，the wall amplitude provides a robust estimator for the equivalent sandgrain roughness，also a hydrodynamic concept。the impact of strong wall fluctuations on laminar and turbulent friction laws，as quantified by hydraulic radius and sandgrain roughness，and the amplitude dependence of critical Reynolds number，emphasize the limitations of the Moody diagram for the flow quantification in conduits with strong wall fluctuations across all flow regimes。
引用
@article{arxiv.2511.17458,
title = {Laminar and Turbulent Flow in Wavy Pipes under Strong Wall Modulations},
author = {Ismail El Mellas and Juan J. Hidalgo and Marco Dentz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.17458},
year = {2026}
}