一种用于壁湍流的统计状态动力学方法
流体动力学
2017-02-10 v2
摘要
本文综述了使用统计状态动力学（SSD）研究壁面有界湍流流动的结果，这些结果展示了采用该视角理解壁面有界剪切流中湍流的优势。本工作所用的SSD方法采用二阶闭合，其隔离了流向平均与扰动协方差等价物之间的相互作用。该闭合将SSD中的非线性限制为显式保留在流向恒定平均中的部分，以及平均与扰动协方差之间的非线性相互作用。这种动力学限制从扰动方程中去除了显式的扰动-扰动非线性，产生了称为受限非线性（RNL）动力学的简化动力学。在RNL系统中，若扰动方程的有限数量实现的集合共享同一平均流，则可为等效的无限集合RNL系统提供易处理的近似。该无限集合系统称为S3T，引入了研究湍流的新分析工具。具有单个集合成员的RNL也可另视为RNL动力学的一个实现。RNL系统提供了计算高效的手段来近似SSD，产生自持湍流，其定性特征虽在极大简化动力学下仍与直接数值模拟（DNS）中观察到的相似。最后，我们表明RNL湍流可仅由单个与流向恒定平均流相互作用的流向变化分量支撑，并且明智选择此截断支撑（或“带限”）可用于改善RNL湍流的定量精度。结果表明SSD方法提供了新的分析与计算工具，从而实现对壁湍流的新见解。
引用
@article{arxiv.1609.06769,
title = {A statistical state dynamics approach to wall-turbulence},
author = {Brian F. Farrell and Dennice F. Gayme and Petros J. Ioannou},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.06769},
year = {2017}
}
备注
to appear in Phil. Trans. R. Soc. A