旋转库埃特流中远快于动量输运的热/质输运
流体动力学
2021-02-17 v2
摘要
在剪切流中，热与质输运通常与动量输运密切相关。这种所谓的对流热或质输运与动量输运之间的雷诺类比阻碍了工程传热与传质应用中的效率提升。我通过直接数值模拟表明，在平面库埃特流与泰勒-库埃特流中，旋转可强烈影响壁到壁被动示踪输运并使其远快于动量输运，明显违背了雷诺类比。这种代表热/质输运的被动示踪输运与动量输运之间的差异，在具有大反向旋转涡流的低雷诺数定常流以及较高雷诺数下的完全湍流中均可观察到。它在中性（瑞利）稳定极限附近尤其显著。当接近该极限时，旋转诱导的科里奥利力强烈阻尼流向/方位角速度涨落，而示踪涨落受影响的程度小得多。因此，动量输运比示踪输运减少得多得多，表明科里奥利力打破了雷诺类比。在较高雷诺数下，这种强烈的对流输运差异性伴随着近似极限环动力学，在接近中性稳定极限时出现强烈的低频湍流爆发。该研究表明，简单的体力可在剪切流中引起热/质与动量输运之间的明显差异。
引用
@article{arxiv.2008.10098,
title = {Much faster heat/mass than momentum transport in rotating Couette flows},
author = {Geert Brethouwer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.10098},
year = {2021}
}