解构一致结构与旋流切换的起源
流体动力学
2026-05-12 v1
摘要
使用经典proper orthogonal decomposition(POD)对湍流流动进行模态分解通常会出现模式混合，即distinct coherent structure可能分布在多个POD模式中。我们提出一种基于希尔伯特变换和带通滤波的分解方法，以解决此问题(过滤希尔伯特POD--FHPOD)。我们将其应用于Re_D=10,000（基于流体速度U_b和管径D）且曲率γ=0.2的180度弯管中湍流流动，使用直接数值仿真。FHPOD结果产生四个distinct模式族，其中包括Strouhal数为0.13时局限于弯管区域的旋流切换模式。我们的新型模态分解显示，弯管内外所观察到的模式对应于不同的物理机制，而非贯穿整个管道的单一普遍旋流切换不稳定性——如前期工作所暗示的。为进一步考察旋流切换模式的起源，我们对沿弯管截面的平均流进行局部稳定性分析。我们发现不稳定本征模在相同的流向波数和相同的Strouhal数范围内，与湍流流动中观察到的旋流切换模式相符。这一结果支持旋流切换现象是弯管流动内在不稳定性的解释，表明其可被激发并可能由来自湍流结构增强，但最终并非由它们引起。最后，我们还将下游模式与修改基流的局部剪切层联系起来，凸显了这些模式的不同性质。
引用
@article{arxiv.2605.08849,
title = {Disentangling coherent structures and the origin of swirl-switching},
author = {Eman Bagheri and Riccardo Casali and Stefan Becker and Philipp Schlatter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.08849},
year = {2026}
}