关于湍流分离泡低频动力学的研究
流体动力学
2024-11-20 v1
摘要
本文研究了不可压、由压力梯度诱发的湍流分离泡（TSB）的低频模态与非模态稳定性特征，旨在探究实验研究中常见低频收缩与膨胀（呼吸）现象的机制。所关注构型为在平直测试面上由连续逆压梯度与顺压梯度生成的 TSB。用于分析的基本流取自 Coleman 等人（J. Fluid Mech., vol. 847, 2018）直接数值模拟的平均 TSB。全局线性稳定性分析表明，该流对各波数为全局稳定。最接近稳定性阈值的模态似乎出现在零频率与低非零展向波数处。随后采用分解子（resolvent）分析考察流的受迫动力学。在低频下，亦可辨识出一低非零展向波数区域，其感受性似乎由所辨识的弱阻尼全局模态驱动。将分解子分析结果同 Le Floc'h 等人（J. Fluid Mech., vol. 902, 2020）在相似 TSB 流中的非定常实验数据库进行比较。最优响应与由实验计算的首个谱本征正交分解模态间对齐度超过 95%，且最优响应的展向波数与实验捕获的低频呼吸运动一致。这表明实验中观测到的低频涨落与分解子分析算得的响应高度吻合。基于上述结果，我们提出：由弱阻尼全局模态驱动的流受迫动力学，可作为 TSB 实验研究中常见低频呼吸运动起源的合理机制。
引用
@article{arxiv.2311.13446,
title = {On the Low-Frequency Dynamics of Turbulent Separation Bubbles},
author = {C. Cura and A. Hanifi and A. V. G. Cavalieri and J. Weiss},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.13446},
year = {2024}
}