雷诺数对横向壁面振荡管道流动减阻效果的影响

在摩擦雷诺数Reτ = 170、360和720下，对带有横向壁面振荡（WWO）和无横向壁面振荡（NWO）的湍流管道流动进行了直接数值模拟。选择了振荡周期和振幅以在该雷诺数范围内实现高减阻，并分析了雷诺数增加对可实现减阻量的影响。本研究特别关注的是识别在不同雷诺数下受减阻影响最大的运动尺度。为了回答这个问题，分析了有无横向壁面振荡时不同统计量的一维和二维谱。发现壁面振荡抑制了流动缓冲层中的中尺度和大尺度运动，而增强了对数层和尾流区域中的大尺度和超大尺度运动。虽然近壁湍流的抑制促进了减阻，但发现对数层和尾流区域中大尺度运动的增强则阻碍了减阻。由于更高雷诺数流动支持更大范围的大尺度结构的发展，这表明它们在能量谱中的普遍性及其对减阻的负面影响，是随着雷诺数增加壁面振荡作为减阻机制有效性降低的原因。