湍流管道流动的线性和非线性 Granger 因果分析
流体动力学
2024-01-15 v1
摘要
本研究聚焦于识别和因果分析在方形和矩形管道湍流中产生的相干结构。首先通过本征正交分解（POD）从直接数值模拟数据中识别相干结构，包括使用所有速度分量，以及在分离流动的流向分量和二次分量之后进行识别。使用成对条件 Granger 因果分析分析模态系数之间的因果关系。我们还构建了一种非线性 Granger 因果分析，能够考虑模态之间的非线性相互作用。聚焦于流向范围较短的管道内的流向常值结构，我们表明因果关系对以下因素高度敏感：考虑的是模态系数还是其平方值、是否显式考虑非线性效应，以及是否在进行因果分析之前分离流向和二次流动结构。我们利用这些敏感性来确定：线性机制构成了共享相同角平分线对称或反对称特性的模态之间因果关系的基础，而非线性效应则支配了对称模态与反对称模态之间的因果相互作用。在所有情况下，我们发现二次流波动（表现为流向涡结构）是近壁条纹向管道角落靠近和远离的存在与运动的根本原因。
引用
@article{arxiv.2401.06295,
title = {Linear and nonlinear Granger causality analysis of turbulent duct flows},
author = {Barbara Lopez-Doriga and Marco Atzori and Ricardo Vinuesa and H. Jane Bae and Ankit Srivastava and Scott T. M. Dawson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.06295},
year = {2024}
}