Turbulent dispersion of a passive scalar in a smooth-wall turbulent boundary layer
Turbulent dispersion of a passive scalar in a smooth-wall turbulent boundary layer
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光滑壁湍流边界层中被动标量的湍流弥散
DOI：
10.1017/jfm.2023.562
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Lim H
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lim H
利用同步粒子图像测速技术和平面激光诱导荧光技术对地面点源羽流在光滑壁湍流边界层中的标量弥散进行了实验研究。在近源区，粘性子层被观察到陷阱染料，而在远场，半宽度，垂直剖面和峰值衰减的平均浓度和浓度方差表现出自相似的行为和崩溃的经验关系。完整的二维地图的湍流标量通量的净运输方向向上，并朝着传入的流，与垂直剖面崩溃以及威布尔型指数函数和衰减的峰值以下的幂律。采用一阶梯度输运模型模拟湍流标量通量，计算了各向异性湍流扩散系数张量和有效湍流扩散系数。流向和壁面法向湍流标量通量主要由壁面法向浓度梯度驱动。湍流的施密特数，有关的湍流扩散率和湍流（涡）粘度计算使用Boussinesq假设，随壁正常位置的值的顺序的单位在对数层。
The scalar dispersion of a ground-level point-source plume in a smooth-wall turbulent boundary layer is experimentally investigated using simultaneous particle image velocimetry and planar laser-induced fluorescence techniques. In the near-source region, the viscous sublayer is observed to trap dye, while in the far field, the half-width, vertical profiles and peak decay of the mean concentration and concentration variance exhibit self-similar behaviour and collapse with empirical relations. Full two-dimensional maps of the turbulent scalar fluxes show a net transport direction of upward and towards the incoming flow, with the vertical profiles collapsing well with Weibull-type exponential functions and the decay of peaks following power laws. Using the first-order gradient transport to model the turbulent scalar fluxes, maps of the anisotropic turbulent diffusivity tensor and an effective turbulent diffusivity coefficient are calculated. The streamwise and wall-normal turbulent scalar fluxes are driven dominantly by the wall-normal concentration gradient. The turbulent Schmidt number, relating the turbulent diffusivity and the turbulent (eddy) viscosity calculated using the Boussinesq hypothesis, varies with wall-normal position with values of the order of unity in the logarithmic layer.
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