湍流边界层中表面诱导次流动的亚層数效应

本研究探讨了摩擦亚層数($Re_\tau \approx 3{,}000$--$13{,}000$)对由跨向表面异质性诱导的三维湍流边界层次流动的影响。采用浮动元件阻力平衡和高分辨率热丝流量计相结合，考察不同跨向间距($S/\delta$)对摩擦阻力、湍流强度、谱能分布以及有序结构组织的影响。结果揭示，次流动根据$S/\delta$的不同，对湍流的调制方式不同。在$S/\delta < 1$时表现出显著的近壁效应，而在$S/\delta \gtrsim 1$时则表现出外层调制。在所有案例中都出现了一个稳健的次流动谱信号，峰值位于$\lambda_x \approx 3\delta$和$y \approx 0.5\delta$。该峰与或抑制非常大尺度运动(VLSMs)共存，具体取决于流动区域和间距。在低动量通道(LMPs)中抑制VLSMs，而在高动量通道(HMPs)中则在更大的$S/\delta$和$Re_\tau$下逐渐恢复。这些发现为理解三维湍流边界层中次运动与尺度相互作用提供了新的见解，对于阻力控制、混合和表面设计都具有启发意义。