从压力梯度历史效应恢复湍流边界层
流体动力学
2025-10-21 v1
摘要
本研究实验性地考察了在非平衡压力梯度 (PG) 下，光滑壁湍流边界层 (TBL) 的恢复情况。所施加的压力梯度历史 (PGH) 包括不同强度的有利-不利压力梯度序列 (FAPG)，随后恢复至零压力梯度 (ZPG) 条件。采用多位置的热线测流仪获取测量数据，在恢复区域的多个下游站点进行测量，基于下游发展，摩擦雷诺数 范围为 2000 到 6000。在匹配 和 Clauser 压力梯度参数 的条件下进行比较分析，可清晰评估 PGH 对 TBL 行为的历史效应。结果表明，增加 PGH 强度会增强平均速度剖面的醒目结构，并放大边界层各部位的湍流强度，包括内峰、对数区域和外峰（这是 APG 的标志）。下游地点，平均流逐渐恢复至类似 ZPG 的状态，但外层湍流仍保留着 PGH 的持久影响。谱分析表明，PGH 主要影响外层尺度，引入明显的 PG 峰并修改 VLSM 峰——其中能量放大程度取决于 PGH 强度，空间特征由历史效应所主导。下游恢复涉及大尺度波长的合并以及湍流结构向 ZPG-like 状态的重组——尽管“恢复”后的 VLSM 流向长度因尺度与 PG 峰的混合而缩短。这些结果表明，即便在局部参数匹配的情况下，TBL 仍保留着上游历史的明显痕迹，这与 Preskett 等人 (2025) 的发现一致；此外，本研究为 TBL 在复杂 PGH 下的恢复机制中尺度相互作用的核心作用提供了新见解。
引用
@article{arxiv.2510.16184,
title = {Recovery of turbulent boundary layers from pressure gradient history effects},
author = {Zefanya Bramantasaputra and Dea Daniella Wangsawijaya and Bharathram Ganapathisubramani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.16184},
year = {2025}
}