A direct numerical simulation of a fully developed turbulent channel flow with the slip condition was performed to investigate the spatial characteristics of large-scale motions (LSMs) in the drag-reducing flow and influences of the LSMs on drag reduction. The slip boundary condition was used in the streamwise direction and the overall mean skin-friction coefficient was reduced by 35% relative to the channel flow with the no-slip condition at the same bulk Reynolds number of 10,333. For comparison, the no-slip case was also conducted. The wall-normal variations of average streamwise and spanwise length scales of the slip case are relatively greater than those with the noslip case and the difference is significant in the outer region (y/δ > 0.2). The average streamwise length scales of LSMs in the slip case are larger than those with the no-slip case in the outer layer due to large population of long LSMs. In the slip case, large-scale motions affect near-wall region by roll-cell motions and footprints, which influence drag reduction. Using FIK identity (Fukagata,Iwamoto, and Kasagi 2002), outer LSMs including near-wall footprints occupy 45% of total reduced skin friction coefficient, of which remains is affected by small structures.
항력이 감소된 유동에서 대형 와 구조의 공간적 특성과 그들이 항력감소에 미치는 영향을 알아보기 위해 미끄럼 조건을 가지는 완전히 발달한 난류 채널 유동을 직접수치모사 하였다. 미끄럼 경계 조건을 유동 방향으로 적용하였고, 전체 평균 표면마찰 계수를 점착 조건이 적용된 채널 유동에 비해 35% 감소하게 하였다. 이때 두 채널 유동 모두 같은 체적평균 레이놀즈 수 10,333를 가진다. 비교하기 위해서, 점착 조건을 가지는 난류 채널 유동 또한 계산되었다. 유동 방향과 횡 방향 길이 규모는 미끄럼 조건이 경우가 더 길었으며, y/δ = 0.2 이후 그 차이가 더 크다. 미끄럼 조건에서의 대형 와 구조의 평균 유동방향 길이 규모는 긴 대형 와 구조의 많은 분포로 인해 점착 조건보다 더 길다. 미끄럼 조건에서 대형 와 구조는 roll cell motion과 발자국(footprints)으로 벽 근처에 영향을 미치며, 이들은 항력감소와 연관이 있다. FIK identity를 이용하여 표면마찰 계수를 분해하였고, 벽 근처의 발자국들을 포함한 벽 바깥쪽의 대형 와 구조가 전체 줄어든 표면마찰 계수의 45%를 차지함을 밝혔다.
