具有剪切和旋转的流体动力学湍流中的雷诺应力
太阳与恒星天体物理
2009-11-19 v2
摘要
为了研究描述受大尺度剪切和旋转影响的湍流中动量输运的雷诺应力。我们使用三维数值模拟来研究在均匀、各向同性强迫湍流中，受大尺度剪切和旋转影响的湍流输运。我们研究了三种情况：一种仅存在剪切，另外两种在剪切之外还存在旋转。这些情况的不同之处在于旋转矢量与z方向之间的夹角（0°或90°）。我们进行了两组子模拟，其中旋转或剪切分别保持恒定。当仅存在剪切时，非对角应力可以用湍流黏性来描述；而如果系统同时旋转，则可能产生应力的非扩散贡献（Λ效应）。我们将直接模拟的结果与来自简单闭合模型的分析结果进行了比较。我们发现，在所研究的参数范围内，湍流黏性系数与一阶平滑结果量级相当，并且对于足够大的雷诺数，描述相关时间与周转时间之比的斯特劳哈尔数大约为1.5。这与基于最小tau近似的闭合模型一致，该模型在相似的斯特劳哈尔数下对模拟数据给出了合理的拟合。在存在旋转的情况下，分离应力的扩散和非扩散分量具有挑战性，但若直接看待结果，我们可以获得量级约为湍流黏性系数0.1倍的非扩散贡献。我们还发现，只要斯特劳哈尔数量级为1，简单的闭合模型就能再现数值结果的大部分定性特征。
引用
@article{arxiv.0906.1200,
title = {Reynolds stresses from hydrodynamic turbulence with shear and rotation},
author = {J. E. Snellman and P. J. Käpylä and M. J. Korpi and A. J. Liljeström},
journal= {arXiv preprint arXiv:0906.1200},
year = {2009}
}
备注
19 pages, 12 figures, published version