湍流槽道流中粒子对的相对弥散

在大量涉及污染物弥散与被动标量混合的环境应用中，粒子对的拉格朗日追踪具有基础意义。本研究旨在通过湍流槽道流直接数值模拟（DNS）中的粒子对追踪，将文献中关于流体粒子对相对弥散的观测扩展至壁面有界湍流。对于所有壁面距离，粒子对间距的均方变化在短时间均遵循清晰的弹道区。文中刻画了控制该短时分离的在欧拉结构函数，并由此定义弹道区的特征时间尺度，以及对均方间距的合适归一化，使不同壁面距离的数据整体塌缩。通过对流体粒子对进行逆向与正向时间追踪，阐明了相对弥散的时间不对称性。在短时，该不对称性如同先前对均匀各向同性流的研究一样，与湍流不可逆性相关。讨论了初始间距（距离与方向）以及平均剪切的影响。通过将均方间距分解为由脉动速度场和平均速度引起的弥散，表明平均剪切的影响在靠近壁面及槽道中心附近的弥散早期阶段即变得重要。还给出了相对弥散张量 $\Delta_{ij}$，并特别讨论了交叉项 $\Delta_{xy}$ 的符号与时间演化。最后，将先前针对均匀各向同性湍流提出的弹道级联模型在此适配于湍流槽道流，给出了初步结果并与 DNS 进行比较。