展向非均匀粗糙度上二次流的重排

本文采用直接数值模拟（DNS）方法，在具有完全解析粗糙元的周期性平面明渠中，研究了湍流在具有沿流向延伸的粗糙和光滑条纹的表面上的流动。目标是理解粗糙度的平均高度如何影响在展向非均匀粗糙表面上形成的二次流特性。为此，在保持粗糙纹理的统计特性以及粗糙条纹的宽度和间距不变的情况下，系统地改变不同模拟案例中光滑条纹的高度。利用这种变化，分析了三种构型：凸出型、凹陷型和中间型粗糙度。在所有情况下都存在二次流，并且为所有非均匀粗糙表面计算的表面摩擦系数均显著大于由均匀光滑和粗糙表面的面积加权平均值所得的结果。这种阻力增加似乎与二次流的强度有关。二次运动的旋转方向被证明取决于相对表面高度。目前的结果表明，这种二次流的重排与展向-壁面法向雷诺应力分量的空间分布有关，该分量在凸出型和凹陷型粗糙度上携带相反的符号。