基于大涡模拟从激光雷达测量重建湍流流场
流体动力学
2020-11-17 v1
摘要
我们利用大涡模拟（LES）与4D-Var数据同化算法，研究从激光雷达测量时间序列重建大气边界层中的湍流流场。这导致一个优化问题，其中在观测时间范围内最小化测量与模拟之间的误差。为利用湍流的空间相干性，我们在目标函数中使用基于两点协方差矩阵的二次正则化。此外，为改善条件数并去除连续性约束，将问题变换到Karhunen-Loève基。优化中，我们使用拟牛顿有限内存BFGS算法并结合伴随方法求梯度。我们还考虑基于泰勒冻结湍流（TFT）模型的重建作为对比。为评估该方法，我们从压力驱动边界层的细网格LES构造一系列虚拟激光雷达测量。重建使用较粗网格和较小域的LES，结果同细网格参考对比。考虑两种激光雷达扫描模式：经典的平面位置指示模式（在水平面内扫掠激光束）和基于利萨茹曲线的3D模式。我们发现归一化误差在扫描区域内为15%至25%（误差方差以背景方差归一化），在扫描区域外距离相当于相关长度尺度处增至。此外，依扫描模式与位置不同，LES较TFT优30%至70%。
引用
@article{arxiv.2001.03469,
title = {Reconstruction of turbulent flow fields from lidar measurements based on large-eddy simulation},
author = {Pieter Bauweraerts and Johan Meyers},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.03469},
year = {2020}
}