库埃特流与泊肃叶流中流向恒定的大尺度结构
流体动力学
2020-04-22 v1
摘要
本文考虑了层流与湍流槽道流中导致流向恒定大尺度结构的线性放大机制。分析的一个关键特征是分别考虑 Orr--Sommerfeld 算子与 Squire 算子。在物理上，这对应于考虑两个独立过程：（i）壁法向速度脉动对外力强迫的响应；（ii）流向速度脉动对壁法向速度脉动的响应。由此我们利用如下事实：对于流向恒定脉动，控制壁法向速度的动力学独立于平均流速剖面（因而独立于平均剪切）。分析针对平面库埃特流（plane Couette flow）与平面泊肃叶流（plane Poiseuille flow）进行；对每种流动，我们考虑关于层流与湍流平均流速剖面的线性放大机制。分析揭示了两点。第一，最被放大的结构（展向间距约为 ，其中 为槽道半高）在很大程度上仅由 Orr-Sommerfeld 算子编码，从而有助于解释其普遍性。第二——且与数值和实验观测一致——库埃特流在利用壁法向速度脉动产生大尺度流向条带方面显著优于泊肃叶流。
引用
@article{arxiv.1904.10603,
title = {Streamwise-constant large-scale structures in Couette and Poiseuille flows},
author = {Simon J. Illingworth},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.10603},
year = {2020}
}