低普朗特数对流流动中黏性边界层向湍流转变区间的预测
流体动力学
2017-11-29 v1
摘要
我们基于高分辨率直接数值模拟在一种独特设置（长宽比为1的封闭圆柱腔）中讨论了湍流瑞利-贝纳尔对流(RBC)的两个方面。首先，我们给出了诸如能量耗散率和边界层厚度尺度等统计量的全面比较。数据来自三组普朗特数覆盖两个数量级的模拟运行序列。与大多数先前RBC研究不同，本工作的重点是非常低普朗特数下的对流湍流，包括液态汞或镓的以及液态钠的。在此RBC参数范围内，惯性效应导致主导的湍流动量输运，这与体和边界层中高度间歇的流体湍流一致，因此应能在更高瑞利数下触发向对流终极态完全湍流边界层的转变。其次，我们预测了黏性边界层将转变为湍流以及流动整体将跨入终极态的瑞利数范围。这些转变区间由我们的模拟数据外推得到。外推方法基于速度剖面的大尺度性质。三种方法中的两种在考虑其不确定性时预测了相似的终极对流转变范围。所有三种外推方法均表明，临界瑞利数的范围随着普朗特数变小而向更小量级偏移。
引用
@article{arxiv.1711.10072,
title = {Predicting transition ranges to turbulent viscous boundary layers in low Prandtl number convection flows},
author = {Janet D. Scheel and Jörg Schumacher},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.10072},
year = {2017}
}