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基于直接模拟的各种波动边界湍流研究。 (英语) Zbl 1189.76267号

摘要:我们使用应力驱动的Couette湍流在波浪表面上的直接数值模拟来研究水波附近的湍流。通过对不同波浪表面条件的系统研究,包括有无风致表面漂移的平面渐进艾里波和斯托克斯波,以及静止波浪壁和垂直波浪壁进行比较,进行了力学研究。考虑了两个不同的波陡度值(ak=0.1)和(0.25),其中,(a)是波幅,k是波数。对于波龄的影响,定义为波相速度c和湍流摩擦速度(u{*})之间的比值,我们考虑了三个值,分别对应于慢波、中波和快波,即(c/u{*{2,14\)和25。对湍流结构和统计数据的详细分析表明了它们对上述参数的依赖性。我们的结果与之前的测量和模拟结果一致,并揭示了许多文献中未报告的新特征。在进行波上,尽管在平均流中未发现明显的流动分离,但在陡度较大的慢波中,在瞬时流中检测到相当大的间歇性分离。研究了近表面相干涡结构。我们提出了两个概念涡旋结构模型:慢波的准流向和反向马蹄形涡旋,以及中快波的弯曲准流向涡旋。通过象限分析对雷诺应力、湍流动能(TKE)和TKE预算进行详细检查,重点是产量,结果表明随波相变化较大;分析表明,这种变化高度依赖于波龄和波浪非线性。Airy波和Stokes波的比较表明,尽管与波龄和波陡相比,表面水波的非线性是一个高阶效应,但它对湍流结构仍有显著影响。波浪非线性对表面压力分布的影响导致了波浪增长率的显著差异。风引起的表面漂移会导致下游方向的相移,并降低湍流强度;对于慢波,这种影响是明显的,但对于中波和快波,这种效应可以忽略不计。除了提供有关波面附近湍流场的详细信息外,本研究中获得的结果还表明,将波浪动力学纳入风浪相互作用研究的重要性。

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76F10层 剪切流和湍流
76层65 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
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全文: 内政部

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