基于三阶结构函数理论的含沙和不含沙大气表面层湍流对数区研究

【作者】 张非驰； 谢金翰； 郑晓静；

【机构】 北京大学工学院力学与工程科学系； 兰州大学土木工程与力学学院力学与工程科学系；

【摘要】 在湍流边界层研究中特征尺度的选择至关重要,特别是在结构函数的标度律研究中关于如何选择长度尺度存在争议。此研究关注三阶结构函数惯性区和对数区相匹配的表达式。我们发现选择基于局部能量耗散率的特征尺度作为结构函数的归一化尺度可以获得三阶结构函数的普适表达式。通过利用此表达式分析甘肃省民勤地区的青土湖观测列阵大气表面层高雷诺数(Re_τ～O (10~6))数据,我们首先证实了含沙和不含沙流动中三阶结构函数惯性区Kolmogorov 4/5标度律的存在,其次通过数据验证了在附着涡假设简化下的Karman-HowarthMonin方程可以解释三阶结构函数的对数区。另外,我们发现在能量生成与耗散率之比随高度变化的大气表面层流动中,三阶结构函数的惯性区和对数区的过渡尺度与能量生成与耗散率之比有关,更强的耗散率导致了更广的对数区。三阶结构函数的普适性为通过测量数据获得对边界层湍流物理的重要信息,如能量耗散率,提出了一个方法。更多还原