湍流边界层对稳态方波型横向壁面强迫的响应

本研究考察了由稳态展向壁面强迫构成的方波（SqW）沿流向（$x$）方向变化时对零压力梯度湍流边界层（TBL）的空间演化。SqW壁面强迫通过一系列沿相反展向方向运行的流向周期带实验施加，遵循Knoop等人（Exp. Fluids, vol 65, 2024）的方法，在本研究中将流向范围扩展至超过约11倍边界层厚度（$\delta_o$）。该独特装置被用于研究在固定粘性标度壁面强迫幅值$A^+ = 12$和摩擦雷诺数$Re_\tau = 960$条件下，SqW壁面强迫的粘性标度波长$\lambda^+_x = 471$（次优）、942（近优）和1884（后优）对湍流减阻（DR）效能的影响。TBL对该壁面强迫的响应通过借鉴传统研究的正弦强迫（SinW）的已有知识来阐明，基于流向相位变化的Stokes应变率（SSR）分析。结果表明，SqW强迫的特征表现为两种截然不同的SSR区域的组合，其对上方湍流的影响取决于强迫波形：半相位（$\lambda_x/2$）和全相位（$\lambda_x$）位置下游的局部强脉冲SSR子相位-I，与展向强迫方向反转相关，导致显著的湍流衰减；以及强迫相位其余部分的近零SSR子相位-II，使湍流得以恢复（当壁面强迫幅值和方向保持恒定时）。