×
张文;杨向一（Yang，Xiang I.A.）。;陈鹏;万民平

摩擦分解的积分方法及其对粗糙壁流的扩展。 （英语） Zbl 07842565号

J.流体力学。 985，论文编号A46，30 p.（2024）.
总结：动量积分法等积分方法的主要目的是识别导致表面摩擦的物理过程。这些方法包括动量、动能和角动量积分。本文基于双平均Navier-Stokes方程重新构造了现有的积分，并将其应用于粗糙壁面上的流动。我们的推导得到了井底粘性摩擦系数（C_S）和粗糙元阻力系数（C_R）的明显分解。分解由三个项组成：粘性项、湍流项和粗糙度（弥散）项，与流动结构无关，无论是通道还是边界层。值得注意的是，当针对层流情况评估这些积分时，只有粘性项仍然有效。此外，我们还阐明了这些分解中术语的空间分布。为了证明我们的公式的实用性，我们将其用于分析湍流半通道流动直接数值模拟的数据。这些流动在不同的堆积密度下具有对齐和交错的立方粗糙度。我们基于运动能量定向分解的分析表明，当表面覆盖密度（lambda_p）较小时，分解中的主导项是粘性项和湍流项。随着（lambda_p）的增加，粘性耗散项减小，而紊流产生项先增大后减小。这些变化是由于近壁旋回减弱和立方体高度处剪切层的形成引起的。

MSC公司：

76倍 流体力学

关键词：

湍流边界层
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{W.Zhang}等人，《流体力学杂志》。985，A46号文件，第30页（2024；Zbl 07842565）
全文： 内政部

参考文献：

[1] Aghaei-Jouybari，M.，Seo，J.-H.，Yuan，J.，Mittal，R.&Meneveau，C.2022粗糙壁湍流中压力阻力的贡献：来自力分割的见解。物理学。流体版本7（8），084602。
[2] Anderson，W.，Barros，J.M.，Christensen，K.T.&Awasthi，A.2015沿翼展方向非均匀粗糙度边界层湍流二次流机制的数值和实验研究。《流体力学杂志》768、316-347。
[3] Bannier，A.、Garnier，E.和Sagaut，P.2015基于扩展FIK恒等式的Riblet流动模型。流量涡轮机。燃烧室95，351-376。
[4] Chen，P.E.S.，Zhu，X.，Shi，Y.&Yang，X.I.A.2023由于墙规范数值和网格，量化直接数字模拟统计中的不确定性。物理学。修订版流体8，074602。
[5] Cheng，H.，Hayden，P.，Robins，A.&Castro，I.2007不同包装密度的立方体阵列上的流动。J.Wind Enging Ind.Aerodyn.95（8），715-740。
[6] Cheng，W.C.&Porté-Agel，F.2015湍流边界层流量对理想城市表面的调整：一项大规模模拟研究。边界层气象.155（2），249-270。
[7] Chester，S.、Meneveau，C.和Parlange，M.B.2007用重整化数值模拟分形树上的湍流。J.计算。物理225、427-448·Zbl 1256.76042号
[8] Chung，D.，Hutchins，N.，Schultz，M.P.&Flack，K.A.2021预测粗糙表面的阻力。每年。《流体力学》第53期，第439-471页·Zbl 1459.76060号
[9] Deck，S.，Renard，N.，Laraufie，R.&Weiss，P.-E.2014高雷诺数平板边界层中平均壁面剪应力的大尺度贡献达\（Re_{theta}}=13\，650\）。《流体力学杂志》743202-248。
[10] Elnahhas，A.&Johnson，P.L.2022《湍流增强边界层表面摩擦：角动量方法》。《流体力学杂志》940，A36·Zbl 1512.76046号
[11] Fan，Y.，Li，W.，Atzori，M.，Pozuelo，R.，Schlater，P.&Vinuesa，R.2020逆流颗粒湍流边界层中平均摩擦阻力的分解。物理学。流体版本5，114608。
[12] Flack，K.A.&Schultz，M.P.2010《全粗糙状态下水力粗糙度等级的回顾》。流体工程杂志132（4），041203。
[13] Fukagata，K.、Iwamoto，K.和Hasegawa，Y.2024通过墙正态强迫的流向行波降低湍流阻力。每年。《流体力学评论》56，45-66。
[14] Fukagata，K.、Iwamoto，K.和Kasagi，N.2002雷诺应力分布对壁面流动中表面摩擦的贡献。物理学。液体14（11），L73-L76·Zbl 1185.76134号
[15] Gao，A.-K.和Wu，J.2019非定常不可压缩流中气动力理论的伽利略不变性注释。机械学报，1150-1154。
[16] Giometto，M.G.，Christen，A.，Meneveau，C.，Fang，J.，Krafczyk，M.&Parlange，M.B.2016真实城市表面上粗糙子层平均流量和湍流的空间特征。边界层气象.160（3），425-452。
[17] De Giovanetti，M.、Hwang，Y.和Choi，H.2016湍流通道中附着涡流产生的皮肤摩擦。《流体力学杂志》808，511-538·Zbl 1383.76256号
[18] Gomez，T.、Flutet，V.和Sagaut，P.2009可压缩紊流通道中雷诺应力分布对表面摩擦的贡献。物理学。修订版E79035301。
[19] Graham，J.&Meneveau，C.2012使用重整化数值模拟模拟分形树上的湍流：替代公式和数值实验。物理学。流体24（12），125105。
[20] Hagishima，A.、Tanimoto，J.、Nagayama，K.和Meno，S.2009各种几何形状矩形块规则阵列的空气动力学参数。边界层气象.132（2），315-337。
[21] Iwamoto，K.、Fukagata，K.，Kasagi，N.和Suzuki，Y.2005高雷诺数下近壁湍流操纵可实现摩擦阻力降低。物理学。流体17（1），011702·Zbl 1187.76237号
[22] Jiménez，J.2004湍流流过粗糙的墙壁。每年。流体力学修订版36173-196·兹比尔1125.76348
[23] Kim，J.，Moin，P.&Moser，R.1987低雷诺数下充分发展的通道流中的湍流统计。《流体力学杂志》177、133-166·Zbl 0616.76071号
[24] Lee，J.H.，Sung，H.J.&Krogstad，P.Au.2011立方粗糙壁上湍流边界层的直接数值模拟。《流体力学杂志》669、397-431·Zbl 1225.76163号
[25] Leonardi，S.&Castro，I.P.2010《大立方体粗糙度河道水流：直接数值模拟研究》。《流体力学杂志》651，519-539·Zbl 1189.76124号
[26] Li，W.，Fan，Y.，Modesti，D.&Cheng，C.2019可压缩湍流通道流中平均表面摩擦阻力的分解。《流体力学杂志》875，101-123·Zbl 1419.76353号
[27] Lozano-Duran，A.和Jiménez，J.2014计算域对湍流通道直接模拟的影响（Re_\tau=4200）。物理学。流体26（1），011702。
[28] Marusic，I.，Mathis，R.&Hutchins，N.2010壁湍流中的高雷诺数效应。国际热流杂志31（3），418-428。
[29] Marusic，I.&Monty，J.P.2019附壁湍流涡流模型。每年。《流体力学评论》51，49-74·兹比尔1412.76038
[30] Marxen，O.&Zaki，T.A.2019间歇性过渡边界层和湍流点中的湍流。《流体力学杂志》860、350-383·Zbl 1415.76279号
[31] Mehdi，F.、Johansson，T.G.、White，C.M.和Naughton，J.W.2014关于确定空间发展二维壁面流中的壁面剪应力。实验流体55，1656。
[32] Nikora，V.，Ballio，F.，Coleman，S.&Pokrajac，D.2013移动粗糙床上的空间平均流量：定义、平均定理和守恒方程。ASCE J.Hydraul公司。工程139（8），803-811。
[33] Nikora，V.I.，Stoesser，T.，Cameron，S.M.，Stewart，M.，Papadopoulos，K.，Ouro，P.，Mcsherry，R.，Zampiron，A.，Marusic，I.&Falconer，R.A.2019粗糙水流的摩擦系数分解：理论背景和在明渠水流中的应用。《流体力学杂志》872、626-664。
[34] Passiatore，D.，Sciacovelli，L.，Cinnella，P.&Pascazio，G.2021湍流高超声速边界层中的有限速率化学效应：直接数值模拟研究。物理学。修订版流体6，054604。
[35] Raupach，M.R.1992在粗糙表面上拖动分区。《边界层气象》第60卷（1852年），第375-395页。
[36] Raupach，M.R.，Finnigan，J.J.&Brunet，Y.1996植被冠层中的相干涡旋和湍流：混合层类比。边界层Meteorol.25，351-382。
[37] Raupach，M.R.&Shaw，R.H.1982植被冠层内流量的平均程序。边界层Meteorol.22、79-90。
[38] Renard，N.和Deck，S.2016A平均表面摩擦生成到边界层物理现象的理论分解。《流体力学杂志》790、339-367·Zbl 1382.76056号
[39] Ricco，P.&Skote，M.2022正则流的表面摩擦系数的积分关系。《流体力学杂志》943，A50·Zbl 1494.76042号
[40] Schlichting，H.&Gersten，K.2017《边界层理论》，第9版。斯普林格。
[41] Sharma，A.和Garcia-Mayoral，R.2020稀疏树冠上湍流的尺度和动力学。《流体力学杂志》888，A1·兹比尔1460.76489
[42] Smits，A.J.、Mckeon，B.J.和Marusic，I.2011高雷诺数壁湍流。每年。《流体力学评论》43（1），353-375·Zbl 1299.76002号
[43] Volino，R.J.&Schultz，M.P.2018根据平均速度和雷诺剪切应力剖面确定壁面剪切应力。物理学。修订版流体3，034606。
[44] Wenzel，C.，Gibis，T.&Kloker，M.2022关于可压缩湍流边界层中的可压缩性、传热和压力梯度的影响。《流体力学杂志》930，A1·Zbl 1508.76062号
[45] Xia，Z.，Zhang，P.&Yang，X.I.A.2021关于壁面湍流中的表面摩擦。机械学报Sin.37，589-598。
[46] Xu，D.，Wang，J.&Chen，S.2022高超声速过渡层和湍流边界层中的摩擦和传热分解。《流体力学杂志》941，A4·兹比尔1501.76049
[47] Xu，H.H.A.，Altland，S.J.，Yang，X.I.A.&Kunz，R.F.2021紧密堆积立方体粗糙度上的流动。《流体力学杂志》920，A37·Zbl 1492.76068号
[48] Yang，X.和Howland，M.2018泰勒假设对测量流量调制的影响。《流体力学杂志》836222-237·Zbl 1419.76334号
[49] Yang，X.I.A.和Griffin，K.P.2021直接数值模拟和大规模模拟的网格点和时间步长要求。物理学。流体33（1），015108。
[50] Yang，X.I.A.，Sadique，J.，Mittal，R.&Meneveau，C.2016矩形粗糙元上湍流边界层流动的指数粗糙层和分析模型。《流体力学杂志》789、127-165。
[51] Yang，X.I.A.，Xu，H.H.A.，Huang，X.L.D.&Ge，M.-W.2019稀疏填充立方体阵列上的阻力。《流体力学杂志》880，992-1019·Zbl 1430.76287号
[52] Yoon，M.，Ahn，J.，Hwang，J.&Sung，H.J.2016速度-涡度相关性对壁面湍流摩擦阻力的贡献。物理学。流体28（8），081702。
[53] Zhang，W.，Wan，M.，Xia，Z.，Wang，J.，Lu，X.&Chen，S.2021对粗糙壁湍流进行了大规模模拟。物理学。修订版流体6，044602。
[54] Zhang，W.，Yang，X.I.A.，Zhu，X.，Wan，M.&Chen，S.2023几何对称表面粗糙度上方的对称二次流。《流体力学杂志》970，A15·Zbl 1530.76036号
[55] Zhang，W.，Zhu，X.，Yang，X.I.A.&Wan，M.2022 Raupach等人在深层均匀城市-城市流中混合层类比的证据。《流体力学杂志》944，A46·Zbl 1510.76067号
[56] Zhu，X.和Anderson，W.2018城市分形上的湍流：未解决世代的预测粗糙度模型。J.Turbul.19（11-12），995-1016。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。