湍流边界层中的变异不稳定性

通过直接数值模拟研究了湍流边界层壁区的湍流生成模型。该模型基于条纹的静脉曲张不稳定性。首先，为了再现和进一步研究Acarlar和Smith[J.Fluid Mech]的实验报告的结果，模拟了通过狭缝连续吹气扰动的层流边界层。175, 43 (1987)]. 产生了一条具有弯曲轮廓的孤立条纹，该条纹变得不稳定，从而产生一系列马蹄形漩涡。涡流产生的频率与实验结果一致。不稳定性特征与通过Orr–Sommerfeld分析预测的不稳定性特征的比较非常一致。其次，对湍流边界层进行了直接数值模拟，以指出湍流边界层和层流边界层中马蹄涡的相似性。湍流边界层中条纹及其周围的涡结构的特征与模型条纹很好地比较。本研究结果表明，湍流边界层中马蹄形涡产生的一种机制与条纹的正常弯曲不稳定性有关。