城市冠层上脉动流中湍流的结构

大气边界层（ABL）中能量、质量和动量的输送受相干结构调控。尽管以往研究主要关注平稳的 ABL 流，但现实世界中大多数 ABL 流是非平稳的，对此类条件下相干结构的详尽考察尚属缺乏。为填补这一空白，本研究考察了由非平稳性引起的 ABL 湍流拓扑变化及其对动量输送的影响。我们考察了一个流过表面安装立方体阵列的脉动明渠流大涡模拟结果，重点关注惯性副层，并与相应的常压力梯度情形进行对比。分析表明，流动脉动主要影响喷射-扫掠模式。对瞬时湍流结构、两点自相关和条件平均流场的检视显示，该模式主要受相位依赖的剪切率影响。从湍流结构角度看，这一影响归因于发夹涡几何形状的改变。剪切率增大（减小）会增强（放松）发夹涡，导致喷射频率增加（减少）及其对总动量通量百分比贡献的放大（降低）。此外，发夹涡包的尺寸随其所含发夹涡而变化，而包倾角在脉动周期内保持不变。研究结果强调了非平稳性对 ABL 湍流结构及支撑动量输送相关机制的重要影响。