湍流槽道流中的能量传递及其对resolvent建模的启示
流体动力学
2021-02-24 v1
摘要
我们分析了两类平面泊肃叶流(Poiseuille flow)的尺度间能量传递：Park和Graham(2015)的P4U精确相干态，以及最小槽道中的湍流。对于这两种流动，主导的能量产生模态是展向间距约为100壁面单位(wall units)的流向恒定条带(streamwise-constant streaks)。由于这些尺度的黏性耗散不足以平衡能量产生，非线性项将多余能量重新分配到其他尺度。特别是，展向恒定尺度（即展向波数为零的Tollmien-Schlichting类模态）从非线性项获得了显著的净能量增益。我们将能量平衡与resolvent分析的预测进行比较，表明其不能很好地模拟能量传递。尽管如此，我们发现由流向恒定条带传递的能量可通过Cess涡黏性(eddy viscosity)剖面较好地预测。因此，涡黏性是resolvent分析中非线性项的有效模型，并解释了其对最具能量的流向恒定条带的良好预测。它还通过抵消resolvent算子的非正规性(non-normality)，改进了展向长度大于展向宽度的结构所对应的resolvent模态作为基函数。涡黏性不尊重非线性能量传递的守恒性质——其在所有尺度上之和必须为零。因此，对于从非线性项接收能量的尺度，它的效果较差。
引用
@article{arxiv.2004.13266,
title = {Energy transfer in turbulent channel flows and implications for resolvent modelling},
author = {Sean Symon and Simon J. Illingworth and Ivan Marusic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.13266},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 14 figures