粗糙表面层流中的有效滑移长度与涡旋形成

通过求解具有局部滑移和无滑移边界条件的纳维-斯托克斯方程，数值研究了不可压缩粘性流体在周期性波纹表面上的流动。我们考虑了相对于表面粗糙度平均高度水平定义的有效滑移长度。随着波纹幅度的增加，有效无滑移边界平面向流体主体方向移动，这意味着有效滑移长度为负值。对壁面剪切应力的分析表明，如果局部边界条件为无滑移，则在粗糙表面的沟槽中会形成流动环流。通过施加局部滑移边界条件，涡旋中心向沟槽底部移动，有效滑移长度增加。当固有滑移长度大于波纹幅度时，表面附近的流线发生变形以跟随边界曲率，涡旋消失，有效滑移长度趋于恒定值。惯性效应促进沟槽中的涡旋流动形成，并减小有效滑移长度。