瞬时射流的湍流边界

我们利用基于涡量的条件统计，考察了 $Re=5000$ 时瞬时平面射流的湍流边界结构。数据通过直接数值模拟获得，阈值范围跨越 24 个数量级，从射流外部基本无旋流体到射流核心的完全湍流流体。我们使用了两个基于涡量收支的独立估计量来估算局部卷吸速度 $v_n$。数据提供了明确证据，证明存在包裹湍流的粘性超层 (VSL)。VSL 是一个具有低表面曲率的近一维层。我们发现其面积和粘性输运速度均调整以适应施加的速率，使得积分卷吸通量与阈值无关，尽管低雷诺数效应在所考虑的情况下起作用。这种阈值独立性与卷吸积分率的无粘性质一致。我们开发了一个 VSL 理论模型，该模型与数据相当吻合，并预测粘性输运和耗散对界面传播的贡献大小分别为 $2 v_n$ 和 $-v_n$。我们进一步识别出一个随时间缩小的湍流核心区域 (TC)，以及一个连接 VSL 和 TC 且随时间增长的缓冲区域 (BR)，其中无粘涡量产生很重要。BR 显示出与湍流 - 非湍流界面 (TNTI) 的许多相似之处，尽管 TNTI 似乎延伸到了 TC 中。TC 与 VSL 之间的平均距离（即 BR 厚度）约为 10 个 Kolmogorov 长度尺度或半个 Taylor 长度尺度，表明强湍流区域与粘度主导区域紧密相邻。