迈向解耦渗透率与粗糙度对湍流边界层的影响

真实多孔壁面上的边界层流动可能同时包含壁面渗透性与壁面粗糙度的影响。这两种效应通常在粗糙壁面流的框架下考察，即通过定义一个“粗糙度”长度或等价量来捕捉表面对动量亏损/阻力的影响。本工作中，我们检验了 Esteban 等人（2022）的假设：多孔壁面上的湍流边界层可建模为粗糙度效应对渗透率效应的叠加，且使用独立获得的渗透率与粗糙度信息。我们在高雷诺数（$14400 \leq Re_{\tau} \leq 33100$）下对各种多孔壁面组合开展风洞实验，其中在给定的渗透壁面上叠加不同粗糙度。同时对渗透壁面及粗糙壁面独立进行测量以获得相应长度尺度。对所有这些测量均值流数据的分析表明，可获得一种经验公式，其中动量亏损（$\Delta U^+$）被建模为独立获得的粗糙度与渗透率长度尺度的组合。该公式假定这些不同表面间存在外层相似性，并被证明在高雷诺数下成立。最后，这种解耦方法等价于相应渗透率与粗糙度长度尺度的面积加权幂平均，与 Hutchins 等人（2023）近期提出的捕捉异质粗糙表面效应的方法一致。