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团队最新研究成果发表(复杂流动与传热方向)-2025-No.16
发布时间:2025-10-08

在粘弹性流体动力学研究方向上,团队开展了槽道内弹惯性湍流的异常雷诺应力及动力学特性的基础研究工作,博士研究生程浩天同学的近期研究成果发表在流体动力学领域顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》上

Haotian Cheng, Hongna Zhang, Wenhua Zhang, Suming Wang, Xiaobin Li, Yuke Li, Fengchen Li, Anomalous Reynolds stress and dynamic mechanisms in two-dimensional elasto-inertial turbulence of viscoelastic channel flow, Journal of Fluid Mechanics 1018 (2025) A33.

本文的内容提要如下:

弹性惯性湍流(EIT)已被证明能够在二维(2-D)通道流中维持;然而,对于二维EIT的系统性研究仍然很少。为弥补这一空白,本研究对在适中雷诺数(Re=2000)下的二维EIT进行了直接数值模拟,以考察其统计特性和动力学机制。同时,本文还探讨了二维EIT与三维(3-D)流动中最大阻力降低(MDR)状态之间的相似性和差异。我们表明,随着非线性弹性的增加,二维EIT的统计特性相比粘弹性降阻湍流表现出不同的趋势。这些差异可归因于两种不同的潜在动力学过程:三维流动中惰性湍流的逐步抑制,以及二维流动中EIT的逐步增强。此外,我们还展示了二维EIT的压力作用、能量预算和谱特性,这些特性与MDR状态显示出显著的相似性,从而为二维EIT的特性提供了有力证据。更为引人注目的是,我们在二维EIT中发现了一种异常的雷诺应力,它对流动阻力产生负贡献,这不同于MDR状态下观察到的极小但为正的雷诺应力。尽管雷诺应力值较小,相关性分析却清晰地显示游动方向与垂直方向的速度波动之间存在中度正相关,而不是不相关。此外,对速度波动的象限分析表明第一象限和第三象限的运动占主导地位,这与典型的高分子延展片状结构密切相关。