在中低雷諾數(shù)時,處于線性穩(wěn)定的槽道流若受到強擾動可發(fā)生亞臨界轉(zhuǎn)捩變?yōu)橥牧�。近年人們對該類轉(zhuǎn)捩機理的研究取得重要進展。對于平板泊肅葉流,亞臨界轉(zhuǎn)捩之初是稀疏湍流態(tài),其特征結(jié)構(gòu)是遠間隔的包含小尺度渦和高低速條帶的大尺度的湍流帶,可傾斜伸長。該階段的湍流占比有上限但并非雷諾數(shù)的單值函數(shù)。隨著雷諾數(shù)的增加轉(zhuǎn)捩進入平衡局地湍流態(tài),即存在統(tǒng)計定常態(tài),其湍流占比是雷諾數(shù)單值函數(shù),可由定向逾滲模型描述。進一步增加雷諾數(shù),湍流帶的分裂愈發(fā)頻繁,最終流場會布滿湍流帶,在更高的雷諾數(shù)時變?yōu)榫鶆蛲牧鳌Ｕ撐母攀隽藶楸葦M亞臨界轉(zhuǎn)捩過程所提出的動力學模型,以及為定量表征管流、平板庫艾特流和平板泊肅葉流轉(zhuǎn)捩過程的相似性所提出的局地穩(wěn)定性參數(shù),并在最后對槽道流亞臨界轉(zhuǎn)捩研究的發(fā)展做了簡要展望。 

【文章來源】：空氣動力學學報. 2020,38(01)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

PPF在Re=1000時的湍斑（a）以及湍斑的分裂（b)[45]

圖1 PPF在Re=1000時的湍斑（a）以及湍斑的分裂（b)[45]Tao等人重新分析了Davies和White的實驗數(shù)據(jù)[42]并將其分為三個區(qū)（見圖3)[58]。I區(qū)對應于層流，II區(qū)和III區(qū)的斜率明顯不同。II區(qū)隨著槽道高寬比的減小而減小，而III區(qū)的斜率并不隨高寬比變化，反映了在該區(qū)間不受高寬比影響的內(nèi)在的動力學特性。II、III區(qū)的分界線外插至層流態(tài)的臨界值估計為Red=1127或Re=845。采用大計算域的初步的數(shù)值模擬也顯示在雷諾數(shù)低至900時存在增長的湍斑，因此該閾值被解釋為可發(fā)展湍斑的臨界值[58]。這一閾值的提出提示人們在Re<1000的情況下，PPF有可能存在著可自維持的湍流態(tài)。

Tao等人重新分析了Davies和White的實驗數(shù)據(jù)[42]并將其分為三個區(qū)（見圖3)[58]。I區(qū)對應于層流，II區(qū)和III區(qū)的斜率明顯不同。II區(qū)隨著槽道高寬比的減小而減小，而III區(qū)的斜率并不隨高寬比變化，反映了在該區(qū)間不受高寬比影響的內(nèi)在的動力學特性。II、III區(qū)的分界線外插至層流態(tài)的臨界值估計為Red=1127或Re=845。采用大計算域的初步的數(shù)值模擬也顯示在雷諾數(shù)低至900時存在增長的湍斑，因此該閾值被解釋為可發(fā)展湍斑的臨界值[58]。這一閾值的提出提示人們在Re<1000的情況下，PPF有可能存在著可自維持的湍流態(tài)。Tuckerman對PPF用傾斜的狹小計算域進行了數(shù)值模擬[59]，發(fā)現(xiàn)在雷諾數(shù)大于850時存在湍流帶。需注意的是，采用狹小計算域雖可大為節(jié)省計算資源并定性模擬局地湍流結(jié)構(gòu)，但人為設(shè)定的計算域傾角和展向的周期邊界條件對轉(zhuǎn)捩過程及臨界閾值的確定有顯著影響[60]。為減少周期邊界條件對局地湍流結(jié)構(gòu)的影響，2013年Tao等采用流向和展向尺度均很大的計算域數(shù)值模擬了PPF的亞臨界轉(zhuǎn)捩過程，發(fā)現(xiàn)存在湍流帶的雷諾數(shù)可低至720[61]；得到了孤立的湍流帶（見圖4），即在計算域內(nèi)湍流帶周圍為層流，沒有其他的湍流結(jié)構(gòu)。由于孤立的湍流帶遠離其他局地湍流結(jié)構(gòu)從而大大減弱了同它們的相互影響，其存在為研究湍流帶自身的時空演化特性提供了可能。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Threshold and decay properties of transient isolated turbulent band in plane Couette flow[J]. Jianzhou LU,Jianjun TAO,Weitao ZHOU,Xiangming XIONG.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(10)



本文編號：3413871