层流与湍流管道流的预解分析
流体动力学
2022-05-30 v1
摘要
本工作将预解分析应用于通过矩形管道的非压缩流，以识别此类流中主导的线性能量放大机制。具体地，我们通过将 Navier–Stokes 方程关于二维基流/平均流线性化来构造预解算子。层流基流仅具有非零的流向速度分量，而湍流情形表现出次级平均流（Prandtl 第二类次级流）。对预解算子作奇异值分解可识别对应于最大能量放大的结构，针对指定的流向波数与时间频率。预解分析已对具有展向均匀性的壁面有界流卓有成效，而此处我们旨在探索此类方法与发现如何拓展至有限展向范围空间域中的流动。我们研究了线性能量放大机制（特别是谐波强迫的响应）的幅度与结构如何随长宽比（定义为管道宽度除以其高度）在 1（正方形管道）到 10 之间变化而改变。我们额外研究了次级流对线性能量放大机制的影响，发现其在不同 regime 中可增强或抑制放大。我们进一步探究了次级流如何改变导致最大线性能量放大的强迫与响应模态形状。
引用
@article{arxiv.2205.13630,
title = {Resolvent Analysis of laminar and turbulent duct flows},
author = {Barbara Lopez-Doriga and Scott T. M. Dawson and Ricardo Vinuesa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.13630},
year = {2022}
}