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摘要
采用直接数值模拟方法研究了椭球体粗糙元取向对粗糙壁槽道湍流统计量的影响，其中，粗糙元几何采用清晰界面浸没边界方法直接解析。所开展模拟考虑了四种不同粗糙元取向的粗糙壁，包括随机取向、垂直放置、朝下游倾斜45°、朝上游倾斜45°，对于每种取向，考虑了三种不同粗糙元间距。模拟结果显示粗糙元取向对湍流统计量有显著影响。对于小粗糙元间距（即，l=2.0r，其中r为椭球体的最短半轴长），“随机取向”粗糙壁的砂粒粗糙度长度（k s）大于其他粗糙壁，对于大粗糙元间距（即，l=2.8r,3.5r），“垂直放置”粗糙壁的k s最大。“朝下游倾斜45°”和“朝上游倾斜45°”粗糙壁的k s值和雷诺正应力（以壁面摩擦速度无量纲化）基本相同，并且其流向雷诺正应力远高于其他粗糙壁。另一方面，“朝下游倾斜45°”粗糙壁的流向分散应力高于“朝上游倾斜45°”粗糙壁。垂向和横向分散应力远小于流向分散应力，其中“随机取向”粗糙壁的垂向和横向分散应力幅值最高。
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