利用双谱识别壁面湍流中的三元组相位耦合

通过双谱、双相干和双相位，揭示了外部强迫作用于湍流边界层时，湍流尺度间能量传递的方向和大小。双谱是流向速度的三阶复值谱，它保留了三元组一致尺度间的相位信息。归一化的双谱即为双相干，它衡量了由两个较低频率的二次相位耦合所导致的较高频率处能量的相对量。双谱的相位，即双相位，测量了高频与两个相加得到它的较低频率之间的相位滞后，揭示了三元组相互作用是产生正向还是反向的能量级联。对三元组一致频率上的双谱求和，可以得到速度偏斜度和不对称性的谱分解，从而揭示能量传递过程中三元组活跃的尺度。从该偏斜度谱的相位可以推断出能量传递的平均方向，结果表明，平均而言，小于边界层厚度的尺度对正向级联有贡献，而大于边界层厚度的尺度则混合了正向和反向事件。这些度量表明，对于不同的三元组尺度组和壁面法向位置，受扰边界层中的受迫尺度具有正向和反向能量传递过程的混合，这提供了一种无需任何人工滤波即可量化外部扰动对湍流影响的方法。