湍流射流中的双谱分解与能量传递

我们采用双谱模态分解（BMD）来研究亚音速湍流射流中的相干三波相互作用和非线性能量传递。BMD 提取了对应于主导三波相互作用的流动结构。我们发现开尔文-亥姆霍兹波包、其共轭波包和条纹之间存在强烈的三波相关性。能量最高的条纹出现在方位角波数 $m=2$ 处，主导贡献的方位角波数三元组为 $[m_1,m_2,m_3]=[1,1,2]$。谱能量收支分析表明，非线性三波相互作用代表了条纹的能量损失。通过对广泛频率和方位角波数范围的分析，我们确定了非线性能量传递的方向以及这些传递最活跃的空间区域。湍流射流在整体上表现出正向能量级联，但能量传递的方向在局部有所变化。在靠近喷嘴出口的剪切层中，相对较小尺度间的三波相互作用占主导，导致反向能量级联。在更下游，超出势核末端，较大尺度间的三波相互作用占主导，导致正向能量级联。