×
陈涛;刘天舒

近壁不可压缩流动中的Lamb膨胀及其流体动力粘性通量。 （英语） Zbl 1525.76033号

物理D 448，文章ID 133730，18 p.（2023）.
小结：在本文中，我们引入了一个新的物理概念，称为壁正规Lamb膨胀通量（WNLDF），它被定义为Lamb扩张的壁正规导数（即Lamb矢量的散度）乘以不可压缩粘性流的动态粘度。证明了边界兰姆膨胀通量（BLDF，即壁面处的壁面正态兰姆膨胀流量）是由边界涡度通量（BEF）和表面曲率诱导的贡献决定的。作为探索这一新概念的第一步，本研究仅考虑静止无滑移平板的流动，不考虑弯曲-流体动力耦合效应。研究发现，WNLDF的时空演化速率由四个源项贡献，这些源项可用包括表面摩擦（或表面涡度）和表面压力在内的基本表面量显式表示。因此，在层流和湍流中，瞬时近壁流动结构与WNLDF直接相关。例如，对于Re\tau=180的紊流槽道流动，WNLDF的时空演化速率的增强是由与准流态涡和粘性子层的高间歇性相关联的强壁面正速度事件（SWNVE）引起的。此外，在SWNVE附近，这种演化速率主要由表面摩擦的点积和表面拟能梯度以及表面摩擦散度和边界拟能之间的耦合贡献。本文给出的准确结果可以为复杂近壁流动提供新的物理见解。

MSC公司：

76D10型 边界层理论，分离和再附着，高阶效应
35问题35 与流体力学相关的PDE

关键词：

Lamb向量;边界拟能通量;表面摩擦力;湍流;近壁流动
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{T.Chen}和textit{T.Liu}，Physica D 448，文章ID 133730，18 p.（2023；Zbl 1525.76033）
全文： DOI程序 arXiv公司

参考文献：

[1] 吴建中。；Ma，H.Y。；周，M.D.，《涡度和涡动力学》（2006），施普林格出版社
[2] Yang，Y.T。；张瑞凯。；An，Y.R。；吴建忠，稳态涡力理论与细长翼流动诊断，机械学报。罪。，23, 609-619 (2007) ·Zbl 1202.76036号
[3] Prandtl，L.，Tragflugeltheorie.I.Mitteilung。Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Gottingen，数学。物理。，K1，451-477（1918）
[4] Lighthill，M.J.，《机翼造波数学理论的物理解释》，J.Fluid。机械。，14, 3, 385-398 (1962) ·Zbl 0116.43301号
[5] Von Kármán，T。；Burgers，J.，《一般空气动力学理论-完美流体》（Durand，W.，《空气动力学理论》，空气动力学理论，II（1935），多佛：纽约多佛），1-24
[6] 马龙吉乌，C。；托格纳奇尼，R。；Ueno，M.，通过lamb矢量积分计算升力和升力诱导阻力，AIAA J.，51，6，1420-1430（2013）
[7] 吴建中。；刘，L。；刘涛，粘性和可压缩复杂流动中空气动力的基本理论，Prog。埃奥斯普。科学。，99, 27-63 (2018)
[8] Liu，T.，翼型升力的进化理解，高级航空动力学。，3，37（2021）
[9] 吴建中。；周，Y。；吕晓云。；Fan，M.，作为具有涡源的扩散场的紊流力，Phys。流体，11，3，627-635（1999）·Zbl 1147.76538号
[10] Sposito，G.，《关于Lamb曲面的稳定流动》，国际出版社。工程科学杂志。，35, 197-209 (1997) ·Zbl 0908.76020号
[11] Batchelor，G.K.，《流体动力学导论》（1967），剑桥大学出版社：剑桥大学出版社·Zbl 0152.44402号
[12] Saffman，P.，《旋涡动力学》（1992），剑桥大学出版社·Zbl 0777.76004号
[13] 王，S。；He，G。；刘涛，从扑翼飞行尾迹速度数据估算升力，流体力学杂志。，868, 501-537 (2019) ·Zbl 1415.76805号
[14] Tsinober，A.，关于各向同性湍流中Lamb矢量的一个特性，Phys。流体，2484-486（1990）·Zbl 0699.76066号
[15] Shtilman，L.，《关于Lamb矢量的螺线管性》，Phys。流体，4197-199（1992）
[16] Lighthill，M.J.，关于空气动力学产生的声音。第一部分：一般理论，程序。R.Soc.伦敦。序列号。数学。物理学。工程科学。，211, 564-587 (1952) ·Zbl 0049.25905号
[17] Howe，M.S.，《对空气动力声音理论的贡献，应用于过量喷射噪声和长笛理论》，J.流体力学。，71, 625-673 (1975) ·Zbl 0325.76117号
[18] Adrian，R.J.，壁湍流中的发夹涡组织，物理。流体，19，4，第041301条pp.（2007）·Zbl 1146.76307号
[19] Liu，C.，边界层湍流生成和维持物理，计算与流体，102353-384（2014）
[20] Xu，C.，壁湍流的相干结构和减阻机理，高级力学。，45，第201504条pp.（2015）
[21] Yang，Y.，湍流中非局部准拉格朗日结构的识别、表征和演化，机械学报。罪。，32, 351-361 (2016) ·Zbl 1348.76084号
[22] Jiménez，J.，《壁面湍流中的相干结构》，J.流体力学。，842，第1页（2018）·兹伯利1419.76316
[23] Lee，C。；Jiang，X.，过渡层和湍流边界层中的流动结构，物理学。流体，31，11，第111301条pp.（2019）
[24] 哈曼，B.G。；Klewicki，J.C。；Kirby，R.M.，《关于Navier-Stokes流中的Lamb矢量散度》，J.Fluid。机械。，610, 261-284 (2008) ·Zbl 1147.76015号
[25] 徐春云。；陈，L.-W。；Lu，X.-Y.，《可压缩流通过波浪圆柱体的大涡模拟》，J.Fluid。机械。，665, 238-273 (2010) ·Zbl 1225.76174号
[26] 陈，L.-W。；徐春云。；Lu，X.-Y.，机翼可压缩流动的数值研究，J.流体。机械。，643, 97-126 (2010) ·Zbl 1189.76434号
[27] 唐，F。；唐，Z。；Yu，C。；朱，X。；Li，X.，绝热壁和冷壁之间激波和超音速湍流边界相互作用的数值分析，J.Turbul。，18, 569-588 (2017)
[28] 徐，D。；Wang，J。；Wan，M。；Yu，C。；李，X。；Chen，S.，壁温对高超声速湍流边界层动能传递的影响，流体力学杂志。，929、A33、1-31（2021）
[29] Marmanis，H.，《Navier-Stokes方程和Maxwell方程之间的类比：湍流应用》，《物理学》。流体，101428-1437（1998）·Zbl 1185.76666号
[30] Sridhar，S.，《示踪剂的湍流传输：电磁公式》，Phys。E版，58，522-525（1998）
[31] 卢梭，G。；塞弗，S。；斯坦伯格，V。；Wiebel，A.，《关于Lamb矢量和流体动力电荷》，《实验流体》，42，291-299（2007）
[32] Kollmann，W.，旋转射流中兰姆矢量场的临界点和流形，计算与流体，35，7，746-754（2006）·Zbl 1177.76110号
[33] 吴建中。；顾建伟（Gu，J.W.）。；Wu，J.M.，从任意光滑表面的稳态三维流动分离和自由涡流层的形成，Z.Flugwiss。Weltraumforsch.公司。，189-98年12月（1988年）·兹伯利0671.76056
[34] Bewley，T。；Protas，B.，《表面摩擦和压力：湍流的足迹》，Physica D，196，28-44（2004）·Zbl 1060.76068号
[35] Liu，T.，《全球表面摩擦测量与解释》，Prog。埃奥斯普。科学。，111，第100584条pp.（2019）
[36] Chen，T。；刘，T。；董振清。；王丽萍。；Chen，S.，《壁面湍流中的近壁流动结构和相关表面量》，Phys。流体，33，6，第065116条pp.（2021）
[37] Liu，T.，近壁流中的表面摩擦和表面压力结构，AIAA J.，56，10，3887-3896（2018）
[38] 刘，T。；Misaka，T。；Asai，K。；Obayashi，S。；Wu，J.-Z.，基于表面压力梯度场的皮肤摩擦诊断的可行性，Meas。科学。技术。，第27、12条，第125304页（2016年）
[39] Chen，T。；刘，T。；王丽萍。；Chen，S.，粘性流中表面摩擦力和其他表面量之间的关系，物理。流体，31，10，第107101条pp.（2019）
[40] Miozzi，M。；Capone，A。；科斯坦蒂尼，M。；弗拉托，L。；克莱因，C。；Di Felice，F.，层流分离泡内的表面摩擦和相干结构，实验流体，60，13，1-25（2019）
[41] 南苏丹。；Ganapathysubramanian，B。；Sharma，A.，《描述前缘动态失速起始的基于涡度的标准》，J.Fluid。机械。，935，A10（2022）·Zbl 1516.76048号
[42] 科斯坦蒂尼，M。；Lee，T。；Nonomura，T。；Asai，K。；Klein，C.，使用全局发光油膜在跨声速风洞中测量皮肤摩擦场的可行性，实验流体，62，1-34（2021）
[43] Örlü，R。；Vinuesa，R.，《瞬时壁面剪应力测量：近壁极端事件的进展和应用》，Meas。科学。技术。，31，第112001条pp.（2020）
[44] T.Liu、J.Sullivan、K.Asai、C.Klein、Y.Egami，第二版，施普林格出版社，2021年1月12日，http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-68056-5。
[45] 格雷罗，B。；Lambert，M.F。；Chin，R.C.，湍流管道流中的极端壁剪切应力事件：相干运动的空间特征，J.Fluid Mech。，904，A18（2020）·Zbl 1460.76543号
[46] 格雷罗，B。；Lambert，M.F。；Chin，R.C.，回流事件的前兆及其与近壁自持过程的关系，J.Fluid。机械。，933，A33（2022）·Zbl 1514.76038号
[47] 潘，C。；Kwon，Y.，湍流边界层中的极高壁面剪切应力事件，J.Phys.：Conf.序列号。，1001，第012004条pp.（2018）
[48] 中华民国钦。；蒙蒂，J.P。；Chong，M.S。；Marusic，I.，《使用直接数值模拟的管流表面摩擦场中关于临界点对的条件平均流拓扑》，Phys。《流体》第3版，第114607条，pp.（2018）
[49] Cardesa，J.I。；蒙蒂，J.P。；Soria，J。；Chong，M.S.，《湍流通道中回流的结构和动力学》，《流体力学杂志》。，880，R3（2019）·Zbl 1430.76291号
[50] Cheng，C。；李伟（Li，W.）。；Lozano Duran，A。；刘浩，《湍流槽道流动中流向壁面剪切应力波动的结构》，《流体力学杂志》。，903，A29（2020）·Zbl 1460.76455号
[51] Dong，S。；陈，J。；袁，X。；陈，X。；Xu，G.，倾斜直锥上方过渡高超声速边界层下的壁压，Adv.Aerodyn。，2, 29 (2020)
[52] 吉博，B。；Ghaemi，S.，湍流边界层中的低频壁压源，J.流体力学。，918，A18（2021）·Zbl 1486.76055号
[53] Yu，M。；Xu，C.，高超声速冷壁湍流通道流动的可压缩性效应，物理。流体，33，第075106条pp.（2021）
[54] 唐，F。；Dong，S。；赖，J。；袁，X。；Li，X.，超音速湍流边界层中的壁面切应力和壁面热通量，Phys。流体，34，第015127条pp.（2022）
[55] Yu，M。；Xu，C.，超音速壁边界湍流中近壁速度和温度波动的预测模型，J.Fluid Mech。，937，A32（2022）·Zbl 07483957号
[56] 张，P。；Xia，Z.，可压缩湍流通道流动中粘性应力功对壁面热流的贡献，物理学。E版，102，第043107条pp.（2020）
[57] 张，P。；Song，Y。；Xia，Z.，粘性耗散对壁面热流的贡献，Aerodyn。Res.Exp.，34，01，27-32（2022），（中文）
[58] Sun，D。；郭，Q。；袁，X。；张，H。；李，C。；Liu，P.，可压缩边界层壁热流的分解公式，Adv.Aerodyn。，3, 33 (2021)
[59] Chen，T。；刘，T。；Wang，L.-P.，壁面流中表面物理量的特征和壁面正态拟能通量的时空演化，物理学。流体，33，第125104条pp.（2021）
[60] 安德烈奥普洛斯，J。；Agui，J.H.，二维湍流边界层中的Wall-vorticity通量动力学，J.流体力学。，309, 45-84 (1996)
[61] 吴建中。；Wu，J.M.，《边界涡动力学》，高级应用。机械。，32, 119-275 (1996) ·Zbl 0870.76068号
[62] 吴建中。；Wu，J.M.，自lighthill 1963年文章以来的边界涡度动力学：回顾与发展，理论。计算。流体动力学。，10, 459-474 (1998) ·Zbl 0913.76030号
[63] Chen，T。；Liu，T.，可压缩Navier-Stokes-Fourier系统的近壁Taylor级数膨胀解，AIP Adv.，12，文章015021 pp.（2022）
[64] Chen，T。；Liu，T.，近壁Lamb矢量及其在壁面流粘性亚层中的时空演化，AIP Adv.，12，文章035303 pp.（2022）
[65] 刘，T。；Salazar，D.M。；Crafton，J。；Watkins，A.N.，从表面温度图像中提取跨声速气流中后掠机翼上湍流楔的表面摩擦拓扑，实验流体，62，215，1-24（2021）
[66] 吴建忠，三维界面涡度动力学理论，物理学。流体，72375（1995）·Zbl 1026.76512号
[67] 特灵顿，S.J。；胡里根，K。；汤普森，M.C.，三维流动广义界面上的涡度生成和守恒，流体力学杂志。，936，A44（2022）·Zbl 07477157号
[68] Chen，T。；刘涛，两相粘性流动的边界涡度动力学，物理学。流体，34，第122107条pp.（2022）
[69] 刘，T。；王，S。；He，G.，粘度在产生升力中的明确作用，AIAA J.，55，11，3990-3994（2017）
[70] Lighthill，M.J.，边界层理论导论，（Rosenhead，L.，层流边界层。层流边界层，层流边界层，I（1963），牛津大学出版社：牛津大学出版社，46-113）·兹伯利0115.20705
[71] Panton，R.L.，《不可压缩流》（1984），威利出版社：美国威利出版社·Zbl 0623.76001号
[72] Lyman，F.A.，《固体边界的涡度产生》，应用。机械。修订版，43、8、157-158（1990），https://www.cfm.brown.edu/faculty/gk/AM258/Handouts/258-Psi-Omega.pdf
[73] 莫顿，B.R.，《涡度的产生和衰减》，地球物理学。天体物理学。流体动力学。，28, 3-4, 277-308 (1984) ·Zbl 0551.76019号
[74] 何，X。；珊，X。；Doolen，G.D.，非理想气体的离散Boltzmann方程模型，物理学。版本E，57，1，R13-R16（1998）
[75] 陈，S。；Doolen，G.D.，流体流动的格子Boltzmann方法，年度。流体力学版次。，30, 1, 329-364 (1998) ·Zbl 1398.76180号
[76] 珊，X。；元，X.-F。；Chen，H.，《流体动力学的动力学理论表示：一种超越Navier-Stokes方程的方法》，《流体力学杂志》。，550, 413-441 (2006) ·Zbl 1097.76061号
[77] 何，X。；Luo，L.-S.，不可压缩Navier-Stokes方程的格子Boltzmann模型，J.Stat.Phys。，88, 927-944 (1997) ·Zbl 0939.82042号
[78] AbdelMigid，T.A。；Saqr，K.M。；Kotb，医学硕士。；Abolefarag，A.A.，《重新审视眼睑驱动的腔流问题：使用GPU加速代码回顾和新的稳态基准测试结果》，Alex。《工程师杂志》，56，123-135（2017）
[79] 王丽萍。；彭，C。；郭，Z。；Yu，Z.，格子Boltzmann颗粒层湍流通道流动模拟，计算与流体，124226-236（2016）·Zbl 1390.76774号
[80] Chong，M.S。；蒙蒂，J.P。；Chin，C。；Marusic，I.，壁面有界流中表面摩擦和表面涡度场的拓扑结构，J.Turbul。，13、13、N6（2012）·Zbl 1273.76189号
[81] 毛，F。；Kang，L。；刘，L。；Wu，J.，粘性可压缩流中气体动力学和气动声学的统一理论。第一部分：无限流体力学。罪。，38，第321492条pp.（2022）
[82] Zhou，Y.，Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的流动、湍流和混合。一、 物理学。众议员，720-722，1-136（2017）·兹比尔1377.76016
[83] Zhou，Y.，Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的流动、湍流和混合。二、 物理学。代表，723-725，1-160（2017）·Zbl 1377.76017号
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。