湍流槽道流中非线性强迫与响应的时空表征
流体动力学
2025-03-11 v1
摘要
不可压缩 Navier-Stokes 方程中的二次对流项被视为对线性预解算子的非线性强迫，并通过分析三重相容的波数-频率三元组之间的相互作用在 Fourier 域中进行研究。本文开发了一个框架来量化每对三元组对强迫和响应的三重贡献，并将其应用于 的湍流槽道的直接数值模拟数据。引入线性预解算子以提供模态间能量传递与对谱湍动能影响之间缺失的联系。这些系数突出了涉及大尺度结构相互作用的重要性，与准线性 (QL) 和广义准线性 (GQL) 分析中的建模假设建立了自然联系。具体而言，研究表明 QL 和 GQL 降维能有效捕捉流场中重要的三重相互作用，特别是当 GQL 大尺度基流中包含少量波数时。此外，对代表近壁循环的单模态的三重贡献进行时空分析，展示了三重相互作用的时空特性以及预解算子的效应，该算子选择性地放大了特定的强迫廓线。所提出的工具有望用于改进非线性的建模，特别是在 QL、GQL 和预解分析中，并有助于理解将大尺度涨落与近壁结构调制相关联的幅度调制机制。
引用
@article{arxiv.2503.06915,
title = {Spatio-temporal characterization of nonlinear forcing and response in turbulent channel flow},
author = {Yuting Huang and Simon S. Toedtli and Gregory P. Chini and Beverley J. McKeon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.06915},
year = {2025}
}