伪旋转螺旋喷流的起源与控制
流体动力学
2025-09-03 v1
摘要
自 1970 年代以来，针对喷流型流动的主动流动控制（AFC）方法已被广泛探索。许多展示 AFC 效能及流体力学之美的精彩案例包括分流喷流和喷射扩散。近期基于机器学习的优化技术使 AFC 的高维探索得以高效实现，揭示了超越人类直觉的控制解决方案。本文聚焦于此类发现：伪旋转螺旋喷流。该现象表现为与主喷流分离的分支，由沿弯曲路径排列、围绕初始喷流轴旋转的涡旋结构形成。我们研究了这些喷流型图案的起源，提出了新的控制规则，表明螺旋喷流属于在特定控制设置下仅可观察到的多臂喷流族群。此外，我们展示了人类对三维图像的感知如何依赖于可观测域和涡旋寿命。尽管螺旋臂呈现明确频率，却是一种错觉，源于人们倾向于将相邻移动物体连接成连续图案的趋势。与小尺度湍流的混沌行为不同，我们证明 AFC 产生的大尺度流动运动虽看似不可预测，却是确定性的。通过理论分析和 3D 模拟，我们构建了一个简单而精确的运动学模型，能够捕捉这些涡旋路径的形成与运动。该模型再现了复杂流动模拟的结果，还原了 apparent 喷流形状，并帮助识别实际图案。这些发现为学术研究人员和工业工程师提供了新的视角。
引用
@article{arxiv.2509.00763,
title = {Origin and control of pseudo-rotating spiral jets},
author = {Karol Wawrzak and Yiqing Li and Bernd R. Noack and Artur Tyliszczak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.00763},
year = {2025}
}