类-1湍流边界层时平均壁面垂向速度普适解析律

湍流边界层普适统计规律的探索一直是湍流研究中的重要课题之一。该文在前人成功获得零压梯度平板湍流边界层流向速度普适规律的基础上,对壁面切应力仅为流向坐标函数的类-1湍流边界层,采用时-空间平均摩擦速度为尺度,根据壁面律研究中所获得的经验,设计构造了反映垂向速度边界层特征的指示函数(IndicatorFunction,IDF),进而完整获得了对湍流垂向时均速度边界层各个亚层的严格定量划分。在此基础上,该文提出不依赖于雷诺数的三控制参数解析公式,对类-1湍流边界层壁面垂向速度进行预测。该文对其中的控制参数,如抑制长度和抑制强度特征量进行了物理剖析,验证了相关控制参数对边界层壁面垂向时均速度描述的准确性和有效性。研究首次清晰地得到了类-1湍流边界层垂直壁面方向时均速度分量的各个亚层特征,清楚地界定了关于壁面垂向速度分量的内层、双对数线性层、尾迹过渡层和尾迹层的划分,并发现了与时均流向速度半对数层相对应的垂向速度双对数线性层,即ln(7)v(8)与ln(7) y(8)呈线性关系的区域。湍流壁面垂向速度边界层普适统计规律的发现及其解析描述,即分别基于时均局部和时-空间平均摩擦速度为尺度的壁面垂向速度解析表达,与之前流向速度边界层壁面律相结合,将形成表述平板湍流边界层不依赖于雷诺数的普适完整壁面解析规律,即平板完整解析律(Analytical Wall Law),为相关流体工程应用及测量技术提供了数学物理基础。