Self-preservation in a zero pressure gradient rough-wall turbulent boundary layer
Self-preservation in a zero pressure gradient rough-wall turbulent boundary layer
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零压力梯度粗壁湍流边界层的自守
DOI：
10.1017/jfm.2015.665
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发表时间：
2015
影响因子：
3.7
通讯作者：
R. Antonia
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
K. Talluru;L. Djenidi;M. Kamruzzaman;R. Antonia
对零压力梯度 (ZPG) 粗糙壁湍流边界层进行自保护 (SP) 分析，旨在确定完整 SP（即整个层的 SP）的要求并确定这些要求是否可以实现。分析表明，当平均粘性应力为零或与整个边界层上的形状阻力相比可以忽略不计时，SP 在某些粗糙壁边界层中是可以实现的（与雷诺数 $Re$ 无关）。在这种情况下，速度尺度 $u^{\ast }$ 必须恒定，长度尺度 $l$ 应随流向距离 $x$ 线性变化，粗糙度高度 $k$ 必须与 $l$ 成比例。尽管这个结果与 Rotta 的结果一致（Prog. Aeronaut. Sci., vol. 2 (1), 1962, pp. 1–95），但它的推导方式比 Rotta 采用的方法更为严格。此外，值得注意的是，在光滑壁 ZPG 湍流边界层中完全 SP 是不可能的。 SP 条件根据已发表的光滑壁（Kulandaivelu，2012 年，博士论文，墨尔本大学）和粗糙壁的实验数据进行测试，其中粗糙度高度随 $x$ 线性增加（Kameda 等人，J. Fluid Sci. Technol.，第 3 卷（1），2008 年，第 31-42 页）。当 $k\propto x$ 时，ZPG 粗糙壁湍流边界层中的完整 SP 似乎确实可能。
A self-preservation (SP) analysis is carried out for a zero pressure gradient (ZPG) rough-wall turbulent boundary layer with a view to establishing the requirements of complete SP (i.e. SP across the entire layer) and determining if these are achievable. The analysis shows that SP is achievable in certain rough-wall boundary layers (irrespectively of the Reynolds number $Re$ ), when the mean viscous stress is zero or negligible compared to the form drag across the entire boundary layer. In this case, the velocity scale $u^{\ast }$ must be constant, the length scale $l$ should vary linearly with the streamwise distance $x$ and the roughness height $k$ must be proportional to $l$ . Although this result is consistent with that of Rotta (Prog. Aeronaut. Sci., vol. 2 (1), 1962, pp. 1–95), it is derived in a more rigorous manner than the method employed by Rotta. Further, it is noted that complete SP is not possible in a smooth-wall ZPG turbulent boundary layer. The SP conditions are tested against published experimental data on both a smooth wall (Kulandaivelu, 2012, PhD thesis, The University of Melbourne) and a rough wall, where the roughness height increases linearly with $x$ (Kameda et al., J. Fluid Sci. Technol., vol. 3 (1), 2008, pp. 31–42). Complete SP in a ZPG rough-wall turbulent boundary layer seems indeed possible when $k\propto x$ .
粗糙壁面湍流边界层的实现满足完全相似条件及其平均流量
DOI：
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发表时间：
2008
期刊：
Journal of Fluid Science and Technology Vol.3
影响因子：
--
作者：
Takatsugu Kameda;Shinsuke Mochizuki;Hideo Osaka;Katsuya Higaki
通讯作者：
Katsuya Higaki