边界层中湍流/非湍流界面的特性

在 $Re_\theta=2800-6600$ 范围内的边界层直接数值模拟中，对湍流/非湍流界面进行了分析，重点关注相对大尺度的分形间歇区域的行为。这需要引入点与一般曲面之间距离的新定义，并将其与更常用的到层顶部的垂直距离进行比较。通过对拟涡能场和应变率张量幅值进行阈值化处理来获取界面，并得出结论：前者是物理上相关的特征，而后者则不是。通过改变阈值，当界面从自由流移入湍流核心时，识别出一个拓扑转变。定义了一个涡量尺度，该尺度使得该转变在不同雷诺数下塌缩，大致等效于边界层边缘的均方根涡量。作为新距离的函数，分析了界面内部和外部的条件平均流变量。发现界面包含一个非平衡层，其厚度与泰勒微尺度良好标度，并包裹着一个跨越边界层厚度固定比例的自相似层。有趣的是，两个区域中的流动应变结构是相似的。还研究了湍流核心内的无旋口袋。它们形成一个自相似集合，其尺寸随深度增加而减小，推测是由于湍流的破碎作用，但粘性扩散的速率与口袋尺寸无关。分析中使用的原始数据可从我们的网页 (http://torroja.dmt.upm.es) 免费获取。