分层湍流标度律的数值验证

近期使用多尺度渐近分析取得的理论进展揭示了分层湍流的各种可能状态。值得注意的是，浮力输运可以由平流或扩散主导，这取决于流动的有效 Péclet 数。目前已提出两种渐近模型，它们对扩散和非扩散状态下湍流涡的特征垂直速度和长度尺度给出了明显不同的预测。第一种被称为“单尺度模型”，旨在描述具有大水平尺度和小垂直尺度的流动结构；而第二种被称为“多尺度模型”，额外纳入了具有小水平尺度的流动特征，并在缺乏这些特征时退化为单尺度模型。通过将预测的垂直速度标度律与直接数值模拟数据进行比较，我们表明多尺度模型正确捕捉了由小尺度各向同性运动主导的区域内的强分层湍流特性，这些区域的体积分数随分层增强而减小。同时，其单尺度退化准确地描述了这些区域之外更有序的、层状的、平静的流动。