湍流旋流射流中噪声驱动整体不稳定的随机建模

本文提出一种由极限环振荡的测量数据估计湍流中整体水动力不稳定性性质的方法。为此，将流动动力学分解为表示整体模态的确定性贡献与表示固有湍流强迫的随机贡献。我们建立了考虑二者相互作用、并能由稳态数据确定流动动态性质的随机模型。确定性贡献由描述不稳定性振荡动力学的振幅方程建模，第二种方法采用平均场模型，其额外捕捉不稳定性与平均流修正之间的相互作用。随机贡献被视为有色噪声强迫，代表随机湍流扰动的谱特征。该方法应用于具有主导整体模态的湍流旋流射流。通过 PIV 测量确认该模态为最主要相干结构，进一步的压力测量提供了用于模型标定的长时间序列。由整体模态的线性增长率识别出超临界 Hopf 分岔，且测量与估计统计量之间高度吻合表明模型捕捉到了相关动力学。本工作表明，仅观察极限环振荡不足以确定湍流流动的稳定性，因为随机扰动掩盖了实际分岔点。然而，所提出的动力学模型中确定性与随机贡献的分离可从稳态测量识别流动状态。