壁面有界流中的涡量级联与湍流阻力：平面 Poiseuille 流

壁面有界流的阻力与展向涡量从壁面向外的通量直接相关。在湍流中，一个关键贡献来自通过涡量的非线性平流和拉伸实现的跨流“涡量级联”。我们利用 $Re_\tau=1000$ 的湍流槽道流数值模拟数据研究这一过程。由下游压降产生的新鲜展向涡量从壁面的净转移源于两股巨大的反向通量：一股是“顺梯度”或从壁面向外的通量，此处涡量最为集中；另一股是“逆梯度”或朝向壁面的通量，并在近壁区域对抗强烈的黏性扩散。我们提供的证据表明，逆梯度输运通过 Lighthill 提出的关联入流与展向涡旋拉伸机制发生。该机制本质上是拉格朗日的，但我们阐明了它与欧拉反对称涡量通量张量的关系。作为该机制的证据，我们研究了 (i) 壁面法向速度与展向涡量壁面法向通量的统计关联，(ii) 识别在两个相反方向参与非线性涡量输运的涡的涡量通量余谱，以及 (iii) 对输运起主导贡献的相干涡结构的可视化。在对数层中对顺梯度输运起主导贡献的“D型”涡被发现为附着、发夹型涡。然而，对逆梯度输运起主导贡献的“U型”涡为脱体、平行于壁面、煎饼状且具有强展向涡量的涡，正如 Lighthill 机制所预期的那样。我们讨论了对附着涡模型的修正以及对减阻的意义。