零压力梯度和逆压力梯度湍流边界层中的流向能量传递机制

本研究探讨了湍流边界层（TBLs）内外区域中流向（$\overline{u^2}$）能量传递机制。特别关注$\overline{u^2}$-产生、其分量间传递及壁面传递及耗散，这些特性在阻力黏性数（$Re_{\tau}$）增加时在外层区域中变得统计显著。这些性质分析使用来自零、弱和中等强逆压力梯度（APG）TBLs的数据集进行，跨越一个数量级的$Re_{\tau}$，揭示所有这些TBLs中能量传递路径的相似性。发现$\overline{u^2}$的内层和外层峰值始终与$\overline{u^2}$-产生及其分量间传递的局部最大值相关联，而这些峰值以下/以上区域始终由壁向/远离壁面的$\overline{u^2}$传递主导，从而将$\overline{u^2}$-剖面分为四个 distinct 区域。这种分类揭示了中等强APG TBLs中`内'和`外'区域的类似能量传递机制，这些机制在与$\overline{u^2}$剖面最小值相同位置的中间位置相遇。鉴于壁向/远离壁面的$\overline{u^2}$传递由$\rm Q_4$(扫掠)/$\rm Q_2$(喷发)韦尔斯剪切应力的象限控制，因此认为$\overline{u^2}$外层峰值的出现与$\rm Q_4$事件在外层区域中的统计主导性相一致。除了阐明$\rm Q_2$和$\rm Q_4$事件在湍流边界层外层区域的动力学意义外，本分析还为在非常高的$Re_{\tau}$下测试规范壁面湍流数据提出了新的现象学论点。