基于输入输出方法的湍流槽道中对流速度分析

本文采用基于输入输出的方法分析湍流槽道流中的对流速度及涨落输运。与每个壁法向位置处流向-展向波长对相关的涨落量的对流速度，通过对具有湍流平均剖面和 delta 相关高斯强迫的线性化 Navier-Stokes 方程相关的功率谱密度最大化获得。我们首先证明以此方式计算的平均对流速度与文献中先前报道的结果吻合良好。随后我们利用该分析框架，通过分离各展向-流向波长对（流动尺度）的贡献，探究不同壁法向位置处局部对流速度的潜在机制。所得分析表明，近壁区对流速度的行为受远离壁面的大尺度结构影响。这些结构在横截面上类似 Townsend 的附着涡，但在流向上呈现不完全相似。我们进而考察动量方程中各项线性项的贡献，以分离压力、平均剪切及黏性效应对各流动尺度下对流速度偏离平均值的影响。我们的分析强调了黏性效应的作用，尤其对于跨越槽道的大尺度结构，其影响延伸至近壁区。本工作结果表明，仅利用平均速度剖面，输入输出方法有望用于分析跨流动尺度的对流速度。