冠层流中的密实度参数

我们对浸没式刚性冠层上的湍流明渠流进行了高保真度模拟，该冠层由固定长度 $l=0.25H$（$H$ 为域深度）的圆柱形细丝以倾斜角 $\theta$ 安装在壁面上构成。倾斜角是自由参数，通过改变冠层的迎风面积来设定其密度。基于密实度参数 $\lambda$ 的冠层密度是定义当前冠层流态的广泛接受的标准，低值 ($\lambda \ll 0.1$) 表示稀疏流态，较高值 ($\lambda > 0.1$) 表示稠密流态。所有数值预测均考虑相同的名义体积雷诺数（即 $Re_b=U_b H/\nu = 6000$）。我们考虑了九种冠层配置，$\theta$ 在 $\theta\in [\pm 78.5{\deg}]$ 范围内围绕 $0{\deg}$ 对称变化，其中正角度定义了顺流向（顺纹）倾斜的冠层，而 $\theta=0{\deg}$ 对应于壁面法向安装的冠层。该研究比较了通过以相反角度倾斜细丝获得相同密实度的冠层，并评估了密实度作为代表性参数的有效性。研究发现，当冠层倾斜时，实际流态与具有相同密实度的直立冠层的流态存在显著差异，这表明仅基于该参数的标准并不稳健。最后，我们给出了一个新的唯象模型，描述了冠层区域内相干结构与外部流动之间的相互作用。