理解弹性壁在湍流通道流中的作用

本研究比较湍流通道流对弹性壁与对粗糙壁的行为，探讨壁面动态形变对湍流的作用。通过生成弹性情况下的瞬时配置来制造粗糙壁，使比较具有意义。这一比较旨在分别理解流体-结构相互作用效应与壁面形状/波动在决定弹性壁附近流动物理中的作用。随着壁面刚度的增加，许多由粗糙壁产生的效应在弹性壁中也呈现出类似的趋势。然而，仅针对弹性壁的情况可以观察到的特定特征，源于固体与流体之间的相互作用，导致阻力进一步增加。为理解这些特征，我们考察了湍流结构，在各种配置之间 exhibit 明显差异：粗糙性仅导致流线一致性略微减弱，导致类似于经典湍流通道流的情形，而弹性性导致显著的跨向一致性出现。此外，我们通过与具有相似（平均）壁面法向速度涨落的可渗透壁进行比较，探讨了垂直扰动对弹性壁动力学的影响。结果显示，可渗透壁与弹性壁的相似性最小。总体而言，由复杂流体-结构相互作用引起的壁面运动对流动贡献显著，必须在建模时予以考虑。特别是，我们指出了靠近壁面的强壁面法向涨落，导致强烈的喷发事件，这一特征在刚性壁面中未观察到。