En forskargrupp från Institute of Mechanics vid den kinesiska vetenskapsakademin har avslöjat de mångskaliga egenskaperna hos helicitet i väggbegränsade turbulenta flöden.

Helicitet är en andra ordningens inviscid invariant i tredimensionell turbulens, som spelar en nyckelroll i utvecklingen av turbulenta system. Forskningen om den grundläggande teorin om helicitet är viktig för att förbättra prestandan hos flygmotorn, gasturbinen och annan nyckelutrustning.

Under de senaste decennierna har helicitetseffekten främst använts för att utforska den interna mekanismen för turbulens, men de statistiska egenskaperna för helicitet i turbulens, särskilt anisotrop turbulens, studerades sällan.

I den här studien undersökte forskarna helicitetstatistiken i turbulenta kanalflöden med strömvis rotation vid måttliga rotationstal och Reynolds-tal, inklusive deras rumsliga och skalfördelningar, anisotropi och korsskaleöverföring.

De utökade den spiralformade turbulensteorin från homogena och isotropa turbulenta flöden till väggbegränsade turbulenta flöden. De hittade en ny topp av helicitet inom de nära väggarna, vilket motsvarade en uppenbar skalseparation av helicitetsfördelningen.

Resultaten visade också att olinjära interaktioner av olika skalor var tillräckligt starka för att upprätthålla bredbandshelicitetspektra. Numeriska konsekvenser indikerade att helicitetskaskad i väggbegränsade turbulenta flöden dominerades av virvelsträckningsprocessen.

Dessa fynd kommer att ge en nödvändig teoretisk grund för mer komplex forskning om roterande väggturbulensteori och tillämpningsteknik.

Studien publicerades i Journal of Fluid Mechanics . + Utforska vidare

Miljöhelicitet kan påverka storleken på den yttre kärnan av tropiska cykloner