旋转湍流槽道流中的被动标量输运

通过直接数值模拟研究了受展向系统旋转作用的湍流槽道流中的被动标量输运。雷诺数 $Re = U_b h/\nu$ 固定为 $20\,000$，旋转数 $Ro = 2 \Omega h/U_b$ 从 0 变化到 1.2，其中 $U_b$ 为体平均流速，$h$ 为半槽宽，$\Omega$ 为旋转率。两壁面标量值恒定但不同，导致跨槽道的稳态标量输运。旋转造成一个不稳定槽壁侧具有相对强湍流和湍流标量输运，以及一个稳定槽壁侧具有相对弱湍流或类层流流动、弱湍流标量输运但大标量涨落和陡峭平均标量梯度。在特定 $Ro$ 下稳定槽壁侧观察到的显著湍流-层流图样在标量梯度场中诱发了类似图样。本研究的主要结论是旋转削弱了标量场与速度场之间的相似性，且标量-动量输运的雷诺类比不适用于旋转湍流槽道流。这由速度涨落与标量涨落之间相关性的降低，以及在高 $Ro$ 下远离壁面的不稳定槽壁侧湍流普朗特数强烈减小至小于 0.2 所表明。在不稳定槽壁侧，根据能谱标量尺度变得大于湍流尺度，且由于旋转湍流标量通量矢量变得更与平均标量梯度对齐。文中给出并讨论了标量能量与标量通量控制方程中的收支项，以及其他与湍流建模相关的统计量。