施密特数对壁面约束剪切流中标量波动时空相关性的影响

《Journal of Fluid Mechanics》：The effect of Schmidt number on space–time correlation of scalar fluctuations in wall-bounded shear flow

　　# 摘要标量湍流涉及温度、污染物及化学浓度等被动标量的混沌输运，在科学与工程应用中发挥着关键作用。标量的输运在很大程度上受其固有特征分子扩散率的影响，并通过施密特数（Sc，即流体粘度与扩散率之比）来表征。本研究探索了在雷诺数 Re = 10,000、施密特数范围为 10?3 ≤ Sc ≤ 10 条件下，完全发展管流中局部标量羽流的标量对流速度和泰勒微观尺度。我们采用了一种混合方法，将速度场的直接数值模拟与拉格朗日标量追踪相结合，以捕捉标量场在湍流对流和分子扩散作用下的演化过程。标量浓度数据以欧拉圆柱坐标系获得。在固定的流向位置范围内，当 Sc = 1 时，标量对流速度与速度波动的对流速度一致；但当 Sc < 1 和 Sc > 1 时，标量对流速度分别小于和大于速度对流速度，这在靠近管壁的径向位置也成立。泰勒微观尺度在 Sc ≥ 1 时大致按 Sc?1/2 标度变化，而在 Sc < 1 时则大致遵循 Sc??·?3 的规律。沿流向位置，标量对流速度逐渐趋近于速度对流速度，无论施密特数是大于还是小于一，同时伴随着标量波动的衰减。总体而言，标量对流速度和标量泰勒微观尺度均取决于施密特数 Sc 以及混合状态。