次级涡度定义了涡环与平面壁碰撞中的有限边缘效应

本研究探讨了涡环与平面墙交互时在直径为1.5Dₙ到10Dₙ的平面圆板上的有限墙效应，其中Dₙ是喷嘴直径。在广泛的涡雷诺数范围Re 600 – 2800内进行了流动可视化实验，而在聚焦的Re 1300 – 1900范围内进行了粒子图像测速测量。形成长度固定为L/Dₙ = 2，其中L是喷射流体块的长度。所研究的板尺寸从再现经典无限墙行为的板到小于涡环直径的板不等。根据相对板尺寸，识别出三个不同的流动状态：(i) 边缘效应可以忽略的“无限”板；(ii) 边界层分离主导但出现弱边缘产生涡度的“准无限”板；(iii) 边界层滚动替代表面分离，从而产生强边缘效应的“有限”板。通过涡度轮廓分析和流动可视化建立了这些流动状态，并辅以循环量、轨迹、涡核速度、偏心率和边界层分离的定量测量。在所探讨的范围内，几何范围而非雷诺数支配交互动态。有限边缘效应表现为次级涡度形成增强和提前、初级涡旋衰减加剧，以及更长的反弹轨迹和较大的轨道周期。当板直径小于涡环直径时，边缘剪切迅速破坏相干涡结构。结果为理解有限表面交互提供了规范框架，并区分了边缘诱导的动态与之前研究中观察到的曲率或约束效应。