Turbulent boundary-layer flow over regular multiscale roughness
Turbulent boundary-layer flow over regular multiscale roughness
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规则多尺度粗糙度上的湍流边界层流
DOI：
10.1017/jfm.2021.228
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Medjnoun T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Medjnoun T
在本实验研究中，使用具有规则（长方体）元素的多尺度粗糙表面来检查粗糙度尺度层次对湍流边界层的影响。使用了三次迭代，第一次迭代是大规模长方体，后续较小的长方体被统一添加到其上，随着数量的增加，它们的大小按幂律减小。阻力通过浮动元件阻力天平直接测量，而粒子图像测速可以评估流场。阻力测量显示最小的粗糙度迭代可以贡献近 7（在测试的最高雷诺数下）。结果表明，后续迭代之间的气动粗糙度长度尺度呈线性变化，并且可以用与正面坚固性成比例的几何参数来描述。使用阻力信息评估平均和湍流统计数据，并突出显示冠层区域内以及外部流动中的实质性变化，并对惯性子层（ISL）和尾流区域进行修改。这些变化被证明是由交叉平面中存在大规模二次运动引起的，其本身被认为是最大多尺度粗糙度相（最大长方体之间的间距）的结果，显示与边界层厚度具有相同的数量级。另外还讨论了对经典相似律的影响。
In this experimental study, multiscale rough surfaces with regular (cuboid) elements are used to examine the effects of roughness-scale hierarchy on turbulent boundary layers. Three iterations have been used with a first iteration of large-scale cuboids onto which subsequent smaller cuboids are uniformly added, with their size decreasing with a power-law as the number increases. The drag is directly measured through a floating-element drag balance, while particle image velocimetry allowed the assessment of the flow field. The drag measurements revealed the smallest roughness iteration can contribute to nearly 7 (at the highest Reynolds number tested). It is shown that the aerodynamic roughness length scale between subsequent iterations varies linearly, and can be described with a geometrical parameter proportional to the frontal solidity. Mean and turbulent statistics are evaluated using the drag information, and highlighted substantial changes within the canopy region as well as in the outer flow, with modifications to the inertial sublayer (ISL) and the wake region. These changes are shown to be caused by the presence of large-scale secondary motions in the cross-plane, which itself is believed to be a consequence of the largest multiscale roughness phase (spacing between largest cuboids), shown to be of the same order of magnitude as the boundary-layer thickness. Implications on the classical similarity laws are additionally discussed.
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T. Medjnoun;C. Vanderwel;B. Ganapathisubramani
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J. M. Österlund;A. Johansson;H. Nagib;M. Hites
DOI：
--
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期刊：
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影响因子：
--
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通讯作者：
Alair A. Townsend