变黏度对湍流槽道流的影响

在本文中，我们研究了流向空间变化黏度的槽道流。雷诺数在局部以三种不同的斜坡方式施加。该设置让人联想到瞬态槽道流，但使用的是空间依赖的黏度而非时间依赖的黏度。它也与核工程中的各种应用相关，特别是在试验反应堆中，黏度在流向上发生显著变化，而严重缺乏直接数值模拟（DNS）数据来在这些条件下对湍流模型进行基准测试。作为本工作的一部分，我们建立了一个新的基准算例：槽道在流向上延伸至20p。黏度在前4p区域内保持恒定。该入口区域用作循环区域，以在斜坡区域起始处获得充分发展的流动剖面。在斜坡区域中，雷诺数沿槽道线性增加。流动在展向是均匀的，而在流向和壁法向是非均匀的。我们在此使用Nek5000进行直接数值模拟（DNS），这是由阿贡国家实验室开发的谱元计算流体动力学（CFD）代码。在本研究中，特别关注沿流向近壁区域中湍流特性和结构的研究。收集并研究了湍流统计量。与瞬态槽道流类似，结果表明槽道内雷诺数的变化不会立即引起斜坡区域中湍流结构尺寸的改变，实际上在壁面剪切和摩擦雷诺数中都观察到了延迟。本研究的结果与文献中可用的关于摩擦速度和作为雷诺数函数的关联式进行了比较。