高速边界层转捩的观测注入式模拟
流体动力学
2021-04-28 v1
摘要
高速边界层转捩对常不确定的自由流扰动极为敏感。这种不确定性损害了模型与模拟的预测能力。为提升模拟的保真度，我们直接将可用观测注入模拟之中。我们的方法具有通用性，可与任意模拟工具结合，此处以直接数值模拟予以演示。我们执行了集合变分（EnVar）优化，由此确定能最优复现观测的上游流场。代价函数考虑了我们对模型与观测的相对置信度，而对集合成员的审慎选取改善了收敛性并降低了预测不确定性。我们在马赫数 4.5 的边界层转捩中演示了观测注入式预测。在无需自由流条件先验知识、仅使用来自独立计算（真实流场）的孤立位置壁面压力观测的情况下，所有相关的来流扰动均被识别。随后我们评估了超出原始有限壁面观测的整个流场，并使模拟与数据一致地相互解释。我们所预测的流场与真实的“未知”状态吻合良好，差异被详细分析。我们还考察了观测加权的影响。我们展示了反问题收敛性与来流幅值及相位精度的改善，并借助二维不稳定混沌对流的一个简单例子予以解释。
引用
@article{arxiv.2011.08265,
title = {Observation-infused simulations of high-speed boundary layer transition},
author = {David A. Buchta and Tamer A. Zaki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.08265},
year = {2021}
}