基于统计状态动力学的库埃特流湍流维持与调节物理机制分析
流体动力学
2017-08-28 v3
摘要
本文描述了基于库埃特流二阶统计状态动力学（SSD）模型对壁面湍流自维持过程的研究。具有这种形式的 SSD 模型被称为 S3T 模型，其自维持的湍流具有与 DNS 所得结果相似的平均流和二阶扰动结构。利用 SSD 模型研究湍流背后的物理机制，相较于研究单个湍流实现动力学的传统方法具有优势。一个优势在于 SSD 的解析结构能够分离并直接表达湍流中相干平均流与非相干扰动分量之间的相互作用。分离这些分量之间的相互作用揭示了这种相互作用如何构成湍流方差维持（通过将能量从外部驱动流传递至扰动分量）以及如何通过平均场与扰动场之间的反馈调节来强制执行所观测到的统计平均湍流状态的基础。利用 SSD 模型研究湍流的另一个优势在于 S3T 湍流的解析结构可以被完全表征。例如，S3T 系统中的湍流由参数化增长机制维持。此外，可以证明湍流的平衡统计状态是通过反馈调节来强制执行的，其中非相干扰动的瞬态增长周期性地抑制相干条带的增长，从而防止非相干湍流分量的失控参数化增长。利用 S3T 分离这些参数化增长和反馈调节机制，可以详细表征 S3T 湍流中自维持过程的动力学，这对理解壁面湍流机制具有令人信服的启示意义。
引用
@article{arxiv.1607.05020,
title = {Statistical state dynamics-based analysis of the physical mechanisms sustaining and regulating turbulence in Couette flow},
author = {Brian F. Farrell and Petros J. Ioannou},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.05020},
year = {2017}
}