DNS 验证的维持库埃特流湍流的参数机制暗示新型控制策略

无滑移边界条件导致固体表面附近流体流动中形成速度剪切。该剪切流通过向外力驱动流动为扰动提供动能，从而在雷诺数高于 $\approx1000$ 时支撑边界附近流体流动特有的湍流。理解这一能量转移背后的物理机制是一个基本问题。尽管已建立该转移涉及滚条相干结构的非线性失稳的定性认识，但该不稳定性的识别一直抗拒分析。该不稳定性抗拒分析的原因在于其解析表达存在于使用统计变量而非状态变量表述的纳维-斯托克斯方程（NS）中。将 NS 表述为累积量展开中二阶的统计状态动力学（SSD）足以允许解析识别壁面有界剪切流中湍流背后的非线性滚条不稳定性。在该非线性不稳定性中，SSD 将湍流扰动场识别为关于时间依赖展向平均流演化扰动的线性算符的李雅普诺夫向量。本工作中，SSD 分析预测（该参数不稳定性构成库埃特流中湍流动力学的基础，且扰动结构为相关的李雅普诺夫向量）的含义被解释为暗示控制湍流的新概念方法。研究表明湍流的扰动分量支撑于展向平均流上，这意味着最优控制应制定为从展向平均流抑制扰动。还表明仅抑制展向平均向量上的前几个李雅普诺夫向量即可导致层流化。这些结果使用 DNS 得到验证。