失控旋转：旋转圆盘上的壁面湍流
流体动力学
2021-01-21 v2
摘要
本文数值研究了由表面安装旋转圆盘致动器产生的湍流通道流中的摩擦阻力减小。圆盘的壁面排列对流动产生了复杂且意想不到的影响。对于低圆盘尖端速度，阻力减小与致动面积的百分比呈线性比例；而对于较高的圆盘尖端速度，阻力减小可能大于通过致动面积线性缩放预测的值。对于中等圆盘尖端速度，所有显示这种额外阻力减小的情况都在沿流向的圆盘之间表现出静止壁面区域。这种效应是由圆盘产生的径向流在静止壁面部分发展出的粘性边界层引起的。对于最高的圆盘尖端速度，即使将圆盘数量减半，阻力减小甚至还会增加。激活圆盘所消耗的功率与圆盘排列无关，并且对于所有圆盘尖端速度都与致动面积呈线性比例。利用 Fukagata-Iwamoto-Kasagi 恒等式和流动可视化，进一步洞察了圆盘之间出现的流向拉长结构的动力学。只有当相邻圆盘在展向方向发生足够的相互作用时，才会在壁面速度方向与流向平均流方向相反的圆盘侧产生这些结构。本文研究了新型半圆盘和环形致动器以改善圆盘 - 流性能，实现了最高 26% 的阻力减小。
引用
@article{arxiv.1412.1753,
title = {Spinning out of control: wall turbulence over rotating discs},
author = {Daniel J. Wise and Claudia Alvarenga and Pierre Ricco},
journal= {arXiv preprint arXiv:1412.1753},
year = {2021}
}
备注
Paper accepted for publication in Physics of Fluids. Comprised of 19 pages and 16 figures. Appended an erratum at the end of the paper