压力力对湍流边界层的三个效应

本研究旨在分离压力力对内层和外层的三个效应：局部直接影响（由压力梯度参数 $\beta$ 表征）、局部失衡效应（由归一化流向导数 $d\beta/dX$ 表示）以及上游累积效应，同时考虑不可避免的雷诺数影响。为实现这一目标，我们借鉴了文献中若干非平衡和近平衡数据库，并采用基于选取能够捕捉压力梯度局部直接影响和局部失衡效应的PG参数的方法。压力力对内层和外层区域的影响由两个参数表示：摩擦-粘性PG参数 $\beta_i$ 和基于Zagarola-Smits速度的PG参数 $\beta_{ZS}$。在非平衡流动案例中，$\beta_i$ 和 $\beta_{ZS}$ 均呈现相似的分布，先增大后减小。然而，这些参数沿流向方向的变化率在不同流动中存在差异，表明压力力失衡程度的不同。在外层，发现局部和累积失衡效应均在相同的 $\beta_{ZS}$ 值下修正平均速度和雷诺应力剖面。在内层，其对压力力变化的响应速度快得多，局部失衡效应仍然修正粘性底层中的平均速度剖面。值得注意的是，当平均速度亏损显著时，内层中u结构的表观行为由外层湍流对压力力效应的响应方式所主导。相比之下，内层中uv结构的尺度与混合压力-摩擦长度成比例。与内层u结构不同，它们独立于大型外层结构和流动历史。