大雷诺数下壁面安装圆柱体的标量扩散：羽流转变与流态分类

本研究对浸没于大雷诺数湍流边界层中的壁面安装圆柱形障碍物自由端部的标量扩散进行了全面的实验研究。一个关键焦点是刻画不同扩散流态之间的转变行为：高架羽流（EP）、地面羽流（GLP）和地面源（GLS）。实验系统地改变主次纵横比（$AR_1, AR_2$）和速度比（$r$），以探索它们对标量羽流演变的影响。羽流分类由无量纲参数 $\tilde{h}_s / \delta_{cz}$ 控制，该参数量化了羽流与地面之间的渐进相互作用。这里，$\tilde{h}_s$ 表示有效源高度，$\delta_{cz}$ 表示垂直羽流半宽。详细的浓度测量表明，EP--GLP--GLS 转变显著改变了垂直和横向扩散特性。测量结果揭示了与经典扩散系数标度的系统性偏离。为了评估现有模型在这些条件下的能力，使用实验确定的扩散系数来评估高斯扩散模型（GDM）和壁面相似性模型（WSM）。GDM 捕捉到了总体趋势，但在特定流态下出现偏差，而 WSM 在 GLS 条件下提供了更好的表征。基于系统性实验室测量所得的数据集，为验证数值模拟和指导下一代预测模型的开发建立了关键基准。最后，利用这些结果，引入了一个简洁的数据驱动预测框架，该框架捕捉了 EP--GLP--GLS 转变，并提供了跨越几何和动量比参数空间的地面浓度一阶估计。