稀聚合物溶液黏弹性槽道流中向湍流的转捩

通过对 FENE-P 流体的直接数值模拟，研究了稀聚合物溶液平面泊肃叶流中向湍流的转捩。研究了 $2000 \le Re \le 5000$ 范围内一系列雷诺数（$Re$），但在黏弹性流动中具有相同的弹性水平。考察了有限振幅扰动及其对转捩动力学的影响。黏弹性流动比其牛顿对应流动更早开始转捩，但转捩时间对所研究的稀或亚浓区中的聚合物浓度似乎不敏感。然而，增加聚合物浓度会降低转捩过程中可达到的最大能量增长。计算了触发转捩所需的临界或最小扰动振幅。有趣的是，牛顿与黏弹性流动均遵循几乎相同的 $Re^\gamma$ 幂律标度，临界指数 $\gamma \approx -1.25$，这与先前研究密切吻合。但观察到黏弹性流动存在向下偏移，表明转捩所需扰动振幅更小。通过壁法向与展向速度脉动及流结构的演化研究了早期转捩的机制。这些脉动的早期增长以及低速条带周围准流向涡的形成受聚合物促进，从而导致早期转捩。发现这些涡结构支持临界指数 $\gamma \approx -1.25$。一旦转捩过程完成，聚合物在黏弹性湍流中起到抑制壁法向与展向速度脉动及涡的作用，从而达到减阻状态。