Transport characteristics of Reynolds stress in transcritical flows

跨临界流动中，超临界流体在拟临界区的剧烈热物性变化使其湍流特性显著偏离经典理论，给传统湍流模型的适用性带来挑战。本文基于跨临界湍流直接数值模拟（DNS）数据库，系统研究不同壁面温差条件下不同工质的热物性分布、雷诺应力特性及其输运机理。结果表明，流道内压力分布近似均匀，可视为等压过程，流动可压缩效应主要由温度变化引起。在热壁附近，物性脉动极为显著，其中密度脉动幅度超过当地均值40%，比热容脉动超过90%，表明物性脉动的影响不可忽略。雷诺应力在不同工况下呈现相似的分布趋势与峰值区间，但受密度脉动项影响难以实现统一标度。输运分析显示，雷诺应力主要由产生项与压力-应变再分配项主导，耗散项仅在近壁区起重要作用。随壁面温差增大，能量交换外移，压力-应变再分配作用增强，各工况下输运项分布形式基本一致，幅值随密度比变化。瞬时分析进一步揭示，温度波动引发密度波动，进而诱导流向速度脉动，与法向速度脉动耦合生成雷诺应力。基于上述分析，本文提出雷诺应力输运模型的改进方法，为高密度比跨临界流动的湍流建模提供理论依据。