Why do only some riblets promote spanwise rollers?

Christopher J. Camobreco

doi:10.1017/jfm.2025.10790

2025-11-03

PRE

Christopher J. Camobreco *

Sebastian Endrikat

Ricardo García-Mayoral

Mitul Luhar

Daniel Chung

DOI：10.1017/jfm.2025.10790

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摘要

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线性稳定性建模表明，所有足够大的riblet都会促进最大增长的流向涡（García-Mayoral & Jiménez 2011 J. Fluid Mech. vol. 678, 317-347），但直接数值模拟（DNS）显示情况并非如此（Endrikat et al. 2021 J. Fluid Mech. vol. 913, A37），某些riblet形状根本不会形成流向涡。因此，所有riblet形状的减阻失效不能仅归因于最大增长的流向涡，这促使对建模进行重新评估。本文通过比较DNS数据与riblet分辨的线性稳定性预测发现，流向涡实际上是边缘模态，而非最大增长的失稳。这种riblet分辨的线性分析还预测并非所有riblet形状都会促进流向涡，这与DNS一致，而与早期依赖一维（1-D）平均流和过度简化的有效壁面容许边界条件的线性稳定性建模不同。这些riblet分辨的计算进一步阐明了如何在1D模型中捕捉riblet形状的影响。一旦捕捉到，有效边界条件下的预测与riblet分辨结果一致，但仍未指明riblet几何形状的哪些特征会促进涡失稳。因此，在riblet分辨的线性分析和DNS中，均在riblet峰附近测量壁面容许，以表明沟槽内的动力学主要受上方压力与非定常惯性的平衡支配，而非先前假定的黏性扩散。这种压力-非定常惯性平衡决定了壁面容许与riblet尺寸的线性缩放关系，如DNS所示，并且是决定流向涡波长流向上的关键因素。此外，在壁面容许中建模这种压力-非定常惯性平衡，揭示了riblet细长比在促进流向涡中的作用，这为先前riblet几何形状与涡存在或缺失之间的相关性提供了缺失的关联。

Keyword:

drag reduction

turbulent boundary layers

shear-flow instability