基于分解分析的壁湍流自相似机制研究

在 $Re_\tau=543$ 的湍流槽道中，利用分解分析探讨了壁面附着相干结构的自相似性。在此建模框架下，相干结构被理解为线性化平均流算子对广义的、依赖于频率的雷诺应力的响应，后者被视为内源强迫。我们评估了壁面附着流动结构及其相关强迫的自相似性。前者通过寻找与壁面剪切相关的流场从直接数值模拟数据中析出，而后者则使用扩展 proper orthogonal decomposition 的频率空间版本识别（Borée, J. 2003 Extended proper orthogonal decomposition: a tool to analyse correlated events in turbulent flows. Experiments in fluids 35 (2), 188-192）。所识别的强迫结构与使用 Towne 等人提出的基于分解的估计所得结果进行比较（Towne, A., Lozano-Durán, A. & Yang, X. 2020 Resolvent-based estimation of space-time flow statistics. Journal of Fluid Mechanics 883, A17）。分析揭示了壁面附着结构——与 Townsend 的自相似附着涡假说在定量上一致——以及底层强迫（至少在某些分量上）的自相似性。