基于分解算子的湍流射流中相干波包建模
流体动力学
2019-06-12 v2
摘要
在雷诺数460000、马赫数0.4的射流中,从实验测量提取相干湍流波包结构,并将其建模为平均流周围的线性扰动。该线性模型基于谐波最优强迫结构及其在单个斯特劳哈尔数下相关的流动响应,这些由全局线性分解算子(resolvent operator)的分析获得。首先从这些强迫-响应波包(“分解模态”)讨论射流中提供流动扰动能量增益的相关物理机制。模态剪切不稳定性和非模态Orr机制被识别为主导要素,在最优与次优强迫-响应对之间被清晰分离。随后在谱协方差动力学框架下的理论发展阐明了线性谐波强迫-响应结构与随机湍流扰动的互谱密度(CSD)之间的联系。给定斯特劳哈尔数下CSD的低秩模型由截断的线性分解模态集构造。相应的实验CSD矩阵由广泛的两点速度测量构建。它们的特征模态(谱 proper正交分解或SPOD模态)代表相干波包结构,并与线性模型获得的对应结构进行比较。在“优先模态”斯特劳哈尔数范围(约0.4附近),从实验和基于线性分解的模型提取的主导相干波包结构之间展示了紧密一致。
引用
@article{arxiv.1810.09340,
title = {Resolvent-based modelling of coherent wavepackets in a turbulent jet},
author = {Lutz Lesshafft and Onofrio Semeraro and Vincent Jaunet and André V. G. Cavalieri and Peter Jordan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.09340},
year = {2019}
}