稳定分层湍流通道流的平均速度剖面
流体动力学
2026-01-14 v3
摘要
Monin-Obukhov 相似理论（MOST）是大气科学中描述稳定边界层湍流的基石。将 MOST 扩展至稳定分层湍流通道流存在难度，因为受实心壁面约束且湍流长度尺度远小于大气边界层。本研究考察了 MOST 在封闭通道中的适用性，识别了其在何处以及以何种程度上保持有效性。关键发现是：通道半高程与 Obukhov 长度之比作为识别不同流动区域及确定各区域平均速度尺度的主导参数。因此，我们提出了一种闭合关系，用于直接从输入参数（摩擦雷诺数 Re_τ 与摩擦Richardson 数 Ri_τ）估计此比值。该框架通过 Re_τ 与 Ri_ 的范围测试，经 Direct Numerical Simulation（DNS）验证。重构的速度剖面实现了对皮肤摩擦系数的精确预测，这对于量化分层流动中的压力损失至关重要。
引用
@article{arxiv.2508.03349,
title = {Mean velocity profile in stably stratified turbulent channel flow},
author = {Sanath Kotturshettar and Pedro Costa and Rene Pecnik},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.03349},
year = {2026}
}