强违背压坡度湍流边界层的上游历史量化与尺度分解能量分析

本研究阐明了压力坡度历史和局部不平衡对湍流边界层（TBLs）中小尺度和大尺度能量的影响。通过分析四组已发表的高保真APG TBL数据库，覆盖从弱到强的APG，涵盖从接近平衡到强不平衡的动态条件。通过累计压力坡度参数（$\overline{\beta}$）量化PG历史影响，该参数此前由Vinuesa等人（2017）用于研究积分量，我们在此处对比相同局部PG强度（$\beta$）、雷诺数（$Re$）和 ${\rm d}{\beta}/{{\rm d}{Re}}$ 数量级相近的情况。通过考虑匹配 $\beta$、$Re$ 和相当匹配 $\overline{\beta}$ 的TBL情形，考察局部不平衡（${\rm d}{\beta}/{{\rm d}{Re}}$）的影响。发现当 ${\rm d}{\beta}/{{\rm d}{Re}}$ 水平显著偏高时，$\overline{\beta}$ 无法明确捕捉历史效应，因为它未考虑均流和湍流的滞后响应，也未考虑压力坡度效应随距离的衰减。在两种强非平衡APG TBL比较中，使用Zagarola-Smits比例表示的 $\overline{\beta}$ 和 ${\rm d}{\beta}/{\rm d}{Re}$ 与先前针对弱APG TBL观察到的均速缺陷和雷诺应力趋势一致。虽然 $\overline{\beta}$ 增加与APG TBL外层区域小尺度和大尺度能量均有所增强，但仅影响内层区域的大尺度。这确认了近壁小尺度对PG强度变化具有快速调整能力。