基于一维湍流(ODT)的数值模拟：圆管湍流的动量传递
流体动力学
2026-02-04 v1
摘要
数值研究了湍流同心同轴(圆环)管流，采用作为独立工具的随机一维湍流(ODT)模型。维度简化的 ODT 域使我们能够在圆形内壁与圆形外壁之间的径向间隙中进行完全解析的数值模拟。该模型在以 为基准的低湍流条件下，对半径比 的宽间隙和 的中等间隙进行了校准。利用该模型的预测能力，研究了半径比和湍流数 的效应，最终达到 的高湍流条件。尽管达到了很大的 值，跨向壁面曲率效应仍在动量边界层中发挥重要作用。这种效应对于较大的壁面曲率更为显著，且主要局限于凸圆形内壁。通过对流拟合解析表达式得到的流动剖面数据，获得了壁面曲率对壁面律的修正，涵盖黏性区和黄渝应力支配区，表明其与雷诺平均Navier--Stokes流动在物理上具有兼容性。二阶且详细的涡流统计数据表明，跨向壁面曲率对湍流边界层具有渗透性和非局部影响。条件涡流事件统计的代理模型输出显示，对于小半径比，近内壁与近外壁涡流之间的差异随湍流数的增加而增大，表明即便在非常大的湍流数下，圆管流动也需要考虑壁面曲率的壁面模型。
关键词
引用
@article{arxiv.2508.09737,
title = {Numerical Simulation of Turbulent Concentric Annular Pipe Flow using One-Dimensional Turbulence (ODT): Part 1: Momentum Transfer},
author = {Pei-Yun Tsai and Marten Klein and Heiko Schmidt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.09737},
year = {2026}
}