层结剪切流中涡配对与混合对初始扰动的敏感性
流体动力学
2019-06-12 v1
摘要
通过直接数值模拟（DNS）研究了不同初始扰动对经历 Kelvin-Helmholtz 不稳定性和涡配对的层结剪切流演化的影响。背景流的纯随机扰动效应，对波长两倍于 Kelvin-Helmholtz 不稳定性、且具有次谐分量的扰动的相位十分敏感。若 Kelvin-Helmholtz 模态与其次谐模态之间的相位关系为最优或接近最优，则发生涡配对。当存在相位差时，涡配对被延迟，且延迟随相位差增大而增加。在三维模拟中，若相位差足够大，涡配对被抑制，从而降低了混合量与混合效率。对于给定的、足够接近最优相位的相位差，流动对本征值扰动的响应与对随机扰动的响应非常相似。除传统诊断量外，我们定量地表明随机扰动中的非模态 Fourier 分量会迅速演化为模态分量，并利用 Lagrangian 轨迹描述了涡配对过程。
引用
@article{arxiv.1811.12202,
title = {Sensitivity of vortex pairing and mixing to initial perturbations in stratified shear flows},
author = {Wenjing Dong and Edmund W. Tedford and Mona Rahmani and Gregory A. Lawrence},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.12202},
year = {2019}
}