The underlying mechanisms of three different flow-control strategies on drag reduction in a channel flow are investigated by direct numerical simulations at friction Reynolds numbers ranging from 65 to 85. These strategies include the addition of long-chain polymers, the incorporation of slip surfaces, and the application of an external body force. While it has been believed that such methods lead to a skin-friction reduction by controlling near-wall flow structures, the underlying mechanisms at play are still not as clear. In this study, a temporal analysis is employed to elucidate underlying drag-reduction mechanisms among these methods. The analysis is based on the lifetime of intermittent phases represented by the active and hibernating phases of a minimal turbulent channel flow (Xi and Graham, Phys Rev Lett 2010). At a similar amount of drag reduction, the polymer and slip methods show a similar mechanism, while the body force method is different. The polymers and slip surfaces cause hibernating phases to happen more frequently, while the duration of active phases is decreased. However, the body forces cause hibernating phases to happen less frequently but prolong its duration to achieve a comparable amount of drag reduction. A possible mechanism behind the body force method is associated with its unique roller-like vortical structures formed near the wall. These structures appear to prevent interactions between inner and outer regions by which hibernating phases are prolonged. It should motivate adaptive flow-control strategies to exploit the distinct underlying mechanisms for robust control of turbulent drag at low Reynolds numbers.

通过摩擦雷诺数为 65 到 85 的直接数值模拟，研究了三种不同流量控制策略对通道流中减阻的潜在机制。这些策略包括添加长链聚合物、引入滑移表面、和外力的应用。虽然人们认为这种方法通过控制近壁流动结构来减少皮肤摩擦，但其潜在机制仍不清楚。在这项研究中，采用时间分析来阐明这些方法之间的潜在减阻机制。该分析基于由最小湍流通道流的活跃和休眠阶段表示的间歇阶段的寿命（Xi 和 Graham，Phys Rev Lett 2010）。在减阻量相似的情况下，聚合物法和滑移法表现出相似的机制，而体力法则不同。聚合物和滑动表面导致冬眠阶段更频繁地发生，而活跃阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。聚合物法和滑移法表现出相似的机制，而体力法则不同。聚合物和滑动表面导致冬眠阶段更频繁地发生，而活跃阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。聚合物法和滑移法表现出相似的机制，而体力法则不同。聚合物和滑动表面导致冬眠阶段更频繁地发生，而活跃阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。而体力法则不同。聚合物和滑动表面导致冬眠阶段更频繁地发生，而活跃阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。而体力法则不同。聚合物和滑动表面导致冬眠阶段更频繁地发生，而活跃阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。而活动阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。而活动阶段的持续时间减少。然而，身体力量导致冬眠阶段发生的频率降低，但延长其持续时间以实现可比较的减阻量。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。体力法背后的一种可能机制与其在壁附近形成的独特的滚子状涡旋结构有关。这些结构似乎阻止了内部和外部区域之间的相互作用，从而延长了冬眠阶段。它应该激发自适应流动控制策略，以利用不同的潜在机制在低雷诺数下对湍流阻力进行稳健控制。