流向旋转槽道中的多尺度动力学研究新进展

 

旋转参考系中的流动广泛存在于地球物理、天体物理和工程中，例如海洋流动、大气流动和叶轮机械中的流动。壁湍流也一致是流体力学研究中的一个重要基础问题。在壁湍流中，系统旋转会对湍流的多尺度动力学和相干结构产生重要影响。因此研究系统旋转对壁湍流中的多尺度动力学的影响，对深入了解旋转系统中壁湍流的性质以及预测、优化或控制自然界和工程界的相关流动具有重要意义。 

中国科学院力学研究所空天飞行器流动数值模拟课题组在近期针对流向旋转槽道中的多尺度动力学开展研究。该工作首先利用广义Kolmogorov方程研究了旋转对壁湍流能量平衡的影响，期间首次发现倾斜涡的多尺度特性。随后通过雷诺应力平衡方程与发卡涡模型，推断科氏力与压力速度相关是维持倾斜涡的主要原因，其中科氏力项具有双重效应。该工作深入开展了旋转壁湍流中多尺度特性及其维持机制的研究，对一般壁面流动中旋转对湍流态的影响具备指导意义。 

该工作以“Multiscale dynamics in streamwise-rotating channel turbulence” 为题发表在Journal of Fluid Mechanics杂志。力学研究所博士研究生胡润宁同学为该论文第一作者，于长平副研究员为通讯作者，合作者李新亮研究员。该研究得到了国家重点研发计划（2019YFA0405300，2020YFA0711800）和国家自然科学基金项目（12072349，12232018，91852203，12202457）的支持。 

论文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2023.691

旋转壁湍流中的壁面涡结构（俯视图），以壁面高度染色

槽道上半域中发卡涡模型的（a）上抛、（b）下扫事件的机制分析