具有平行与倾斜壁面的明渠中三维平流—扩散边界层

我们研究了在具有非吸收侧壁与矩形或截楔形横截面的窄三维纵向明渠底部释放的扩散性被动标量的稳态层流平流输运。由于三维速度场及侧壁上不同的边界条件，一般情况下渠底平流—扩散边界层中的标量场本质上是三维的。我们利用三维数值模拟与渐近分析，来理解这种固有的三维性如何影响由归一化平均通量、质量或热量传递的舍伍德数$Sh$或努塞尔数分别描述的平流—扩散输运。我们表明，即便边界层结构本身远非二维，$Sh$也能由恰当表述的二维计算很好地近似。这一重要结果可显著简化许多层流平流—扩散标量传递问题的建模：受限通道的清洗或去污，或化学与生物微流控器件中的输运过程。