沿水平运动且穿透水面的垂直壁的近表面边界层湍流
流体动力学
2017-03-29 v2
摘要
本文研究了由穿透水面的垂直壁产生的边界层剪切流中湍流与自由表面之间的复杂相互作用。构建了一台实验室尺度装置，该装置利用一条环绕两个垂直滚筒循环运行的穿透水面不锈钢带，滚筒之间的一段皮带充当水平运动的平壁。皮带从静止状态突然加速至恒定速度，以产生随时间演化的边界层，类似于沿穿透水面的拖曳平板存在的空间演化边界层。使用动态激光诱导荧光系统测量表面轮廓，并使用高速平面粒子图像测速系统记录表面下速度场。研究发现，皮带最初在水中运动时并未产生任何明显的波浪，随后自由表面在靠近皮带表面处发生剧烈活动。这些自由表面涟漪从皮带向外传播，随后似乎成为自由传播的波浪。根据表面下速度测量发现，靠近表面处向湍流的转变早于远离表面处，导致自由表面附近整体边界层更厚。伴随这一向湍流的转变，流向速度脉动出现次级峰值，该峰值在短时间后达到最大值，随后向外平滑化。以动量厚度作为长度尺度，并以该外峰值位置处的流向速度脉动作为速度尺度，发现自由表面破裂与掺气起始在某种程度上依赖于 Weber 数，且与 Brocchini 和 Pregrine（J. Fluid Mech., 499, 225-254, 2001）提出的掺气缩放论证相吻合。
引用
@article{arxiv.1609.05106,
title = {Near-Surface Boundary Layer Turbulence Along a Horizontally-Moving, Surface-Piercing Vertical Wall},
author = {Nathan Washuta and Naeem Masnadi and James H. Duncan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.05106},
year = {2017}
}
备注
17 pages, 21 figures, 31st Symposium of Naval Hydrodynamics, Monterey, California, USA, 11-16 Sep. 2016. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1606.05035