[論文レビュー] Fully Turbulent Wakes at Low Reynolds Numbers: the Case of the Thin Flat Plate

Isaac T. Rosin, Melanie S. Chapman+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2026

Fluid Dynamics and Vibration Analysis被引用数 0

ひとこと要約

著者らは、薄い二次元平板の後流が比較的低いレイノルズ数（Re = 400）で乱流化することを、DNS結果を高Reの実験と比較することで示しており、平均輸送と乱流エネルギー輸送特性、およびエネルギースペクトルが乱流を示す様子を明らかにしている。これはRe = 150の後流とは異なる。

ABSTRACT

We consider the wake flow past a thin two-dimensional flat plate normal to the uniform stream and demonstrate that this flow is turbulent already at a relatively low Reynolds number of $Re = 400$. This is achieved by performing a careful comparison of the results of a DNS of this flow with experimental measurements of wake flows in the same geometric configuration at the Reynolds numbers of $Re=12500, 19700$. This comparison reveals that the distribution of several key quantities, including the mean velocity, Reynolds stresses and different effects contributing to the transport of the turbulent kinetic energy, are, up to measurement uncertainty, the same in these flows. Moreover, the wake flow at $Re = 400$ also features energy spectra characteristic of turbulent flows with intermittency detected in the distributions of the fluctuating strain and rotation rates. In contrast, these features are absent from the results of the DNS of the wake flow at $Re = 150$ where the distribution of the key quantities is also fundamentally different. These results show that the path to transition to turbulence in the wake past a thin flat plate is different from that in the wakes of canonical (i.e., circular or square) cylinders. We also identify possible physical mechanisms that may be responsible for these differences.

研究の動機と目的

• 均一な流れに垂直な薄い二次元平板を過ぎた後流を調べる。
• 低レイノルズ数で乱流の兆候が現れるかを、DNSと高Reの実験データを比較して評価する。
• この幾何形状と循環/正方円柱などの典型的な後流との遷移経路の差を明らかにする。
• 観察された乱流への遷移の違いを説明しうる物理メカニズムを特定する。

提案手法

• 流れに垂直な薄い平板の後流のDNSを実施する。
• 同じ幾何形状でRe = 12500およびRe = 19700の実験的後流測定とDNS結果を比較する。
• 平均速度、レイノルズ応力、乱流運動エネルギー輸送項を分析する。
• エネルギースペクトルと変動応力・回転率の間欠性を検討する。
• 遷移挙動を評価するため、Re = 150のDNS結果と対比する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 薄い平板の後流は低レイノルズ数（約Re = 400）で乱流か。
• RQ2 平均場、応力、エネルギー輸送においてDNS結果と高Re実験測定はどう比較されるのか。
• RQ3 低Re後流のスペクトルと間欠性の特徴は何で、それらは乱流とどう relate するのか。
• RQ4 この幾何形状の乱流への遷移経路は円筒後流などの典型例とどう differs のか、どんな機構がそれを推進するのか。

主な発見

• 薄い平板の後流はRe = 400で乱流であると結論づけられ、Re = 12500および19700の実験と比較して裏付けられる。
• 平均速度、レイノルズ応力、乱流動力輸送項は、低Reと高Reのケースで測定不確かさの範囲内で一貫している。
• Re = 400でエネルギースペクトルは乱流様の特徴を示し、変動応力・回転率には間欠性が検出される。
• Re = 150でのDNS結果は、主要な量の分布が根本的に異なり、Re = 400とは異なる遷移経路を示す。
• 遷移の observed な違いは後流の幾何形状に起因し、典型的な円筒後流とは異なる物理メカニズムを示唆する。