Rayleigh-Bénard 对流中的风与边界层。第二部分：边界层特性与标度律
流体动力学
2008-05-23 v2
摘要
通过对长宽比 L/H=4、侧边界为周期性条件的域进行直接数值模拟 (DNS)，研究了 Rayleigh-Bénard 对流中的风对边界层的影响，模拟参数为 Ra={10^5, 10^6, 10^7} 且 Pr=1。研究表明，顶板和底板上的动能边界层兼具层流和湍流边界层的某些特征。连续谱以及雷诺应力产生的显著强迫作用无疑表明了其湍流特性，而经典的积分边界层参数——形状因子和摩擦因子（后者被证明主要由压力梯度主导）——随雷诺数的标度关系更接近于层流边界层。这种明显的双重行为是由撞击并脱离边界层的羽流的巨大影响造成的。在我们考虑的瑞利数下，羽流产生的雷诺应力对摩擦因子的影响可忽略不计，这表明它们在平行于壁面的动量传递方面是被动的。然而，雷诺应力对动能边界层厚度的影响不可忽略。利用概念风模型，我们发现摩擦因子 C_f 应与热边界层厚度成正比，即 C_f ~ lambda_Theta，而动能边界层厚度 lambda_u 与热边界层厚度和风雷诺数成反比，即 lambda_u ~ lambda_Theta^{-1} Re^{-1}。预测的 C_f 和 \lambda_u 趋势与 DNS 结果一致。
引用
@article{arxiv.0709.1891,
title = {Wind and boundary layers in Rayleigh-Benard convection. Part 2: boundary layer character and scaling},
author = {Maarten van Reeuwijk and Harm J. J. Jonker and Kemo Hanjalic},
journal= {arXiv preprint arXiv:0709.1891},
year = {2008}
}