马赫数0.9射流噪声的输入-输出分析

我们使用输入-输出(I/O)分析研究了关于 $M_j = 0.9$ 亚声速湍流射流的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)解的小扰动的放大行为。线性化纳维-斯托克斯(LNS)方程预解式的奇异值分解(SVD)构成一组正交归一的输入-输出模态对，按对应奇异值大小降序排列。在本研究中，我们设计了一个滤波器，将输入强迫限制为仅在射流湍流的湍动能(TKE)较高区域活跃。对于输出域，我们直接在输入-输出分析框架内实现Ffowcs Williams-Hawkings (FWH)方法，以测量沿圆弧分布的观察者的远场声。通过这种方式，我们发现所得的TKE加权输入模态捕捉到了湍流射流近场中的相干结构。最优输入模态对应于由给定强迫频率下的非对称伪高斯包络函数表示的波包。这些波包在 $St > 0.5$ 的频率范围内形状保持相似，并按 $St^{-0.5}$ 缩放。虽然最优模态是一个波包，但次优模态代表了最优输入模态的去相干。通过将高保真大涡模拟(LES)数据投影到输入模态的基上，我们发现输入模态确实捕捉到了射流中与声学相关的动力学。仅使用少数几个输入-输出模态即可恢复由LES预测的远场声学。