湍流射流中的喷管动力学与波包

我们研究由圆柱形喷管喷出的湍流射流，以刻画在湍流边界层中演化的相干结构。分析使用马赫数 0.4 射流的大涡模拟数据完成。喷管内速度场的方位角分解显示，湍流动能主要位于高方位角波数；对发声重要的前三个方位角波数所含幅值低得多，但非零。利用两点统计，喷管边界层中的低方位角模态被证明与自由射流区中同阶模态呈现显著相关。采用谱本征正交分解(SPOD)提取流动动力学的低秩近似。这揭示了喷管边界层内倾斜相干结构的存在，并表明它们与射流中的波包耦合。所提取的喷管边界层结构使用喷管平均流的局部线性稳定性分析建模。将主导 SPOD 模态投影到稳定性本征模态上表明，有组织的边界层结构可用边界层分支本征谱的少数稳定本征模态建模，表明非模态效应普遍存在。最后进行了平均流的局部与全局预解式分析。结果表明，最具能量的喷管结构可用最优预解式响应模态成功描述，其关联的作用力模态观察到相对于喷管边界层倾斜，暗示 Orr 机制支撑这些有组织的湍流边界层结构。