基于预解式的可压缩性对超声速湍流边界层影响的研究
流体动力学
2021-10-26 v3
摘要
将 McKeon & Sharma (2010) 的预解式公式应用于超声速湍流边界层，以研究 Morkovin 假设的适用性；该假设推测零压力梯度湍流边界层中的高速湍流结构与不可压缩情形基本保持一致。考虑了马赫数从 2 到 4、具有绝热壁边界条件的超声速零压力梯度湍流边界层。预解式分析在波参数空间中突出了超声速湍流边界层的两个不同的区域：相对超声速区域与相对亚声速区域。在相对超声速区域（流动相对于自由流为超声速），预解式模态展现出与马赫波辐射一致的结构，而这些结构在不可压缩情形中不存在。在相对亚声速区域，我们表明预解式算子的低秩近似是对完整系统的有效近似，且模型预测的响应模态通过半局部缩放给出的变换表现出普适且几何自相似的行为。此外，借助半局部缩放，我们表明该区域内的预解式模态遵循与其不可压缩对应物相同的缩放律，这对高速壁面有界湍流的建模与预测具有意义。我们还表明热力学变量展现出与流向速度模态相似的模态形状，支持了强雷诺类比。最后，我们证明了主预解式模态可用于捕获动量与热力学涨落之间的能量分布。
引用
@article{arxiv.1905.12680,
title = {Resolvent-based study of compressibility effects on supersonic turbulent boundary layers},
author = {H. Jane Bae and Scott T. M. Dawson and Beverley J. McKeon},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.12680},
year = {2021}
}