射流湍流的谱分析

借助大涡模拟（LES）数据和平均流的预解分析，我们考察了亚声速、跨声速和超声速 regime 下射流中湍流的结构。采用谱（频率空间）本征正交分解提取能谱并将流动分解为按能量排序的相干结构。所辨识出的结构总体上可由预解分析很好地预测。在一系列低频和前几个方位角模数范围内，这些射流表现出低秩响应，其特征为与环形剪切层相关、直至势核末端、并由极近喷口剪切层中的强迫所激发的 Kelvin-Helmholtz（KH）型波包。这些模态此前已被实验观测到，并被准平行稳定性理论及其他近似所预测——它们占据了总湍流能量的相当部分。在更低频率下（尤其对轴对称模），以及再次在所有方位角波数的高频下，响应并非低秩，而是由一族放大程度相近的模态组成。这些主要在势核下游活跃的模态与 Orr 机制相关。它们也作为在 KH 响应主导的频率范围内的次主导模态出现。我们的全局分析有助于将以往基于局部空间稳定性理论的观测联系起来，并解释了为何准平行预测在某些频率和方位角波数上成功，而在其他情况下失败。