转捩壁面有界流的结构化输入-输出分析

转捩槽流的输入-输出分析已被证明是识别重要流动结构与能量运动的有价值分析工具。传统方法将非线性项抽象为无结构强迫，即该强迫未直接与动力学中的底层非线性相关联。本文转而采用基于结构奇异值的方法，保留非线性强迫函数的某些输入-输出特性，以期恢复通过非线性分析、实验以及转捩槽流直接数值模拟（DNS）所识别的更宽泛关键流动特征。将该方法应用于转捩平面库埃特流与平面泊肃叶流，不仅识别出通过传统输入-输出方法预测的流向相干结构，还刻画了斜向流动结构——其作为以最少能量诱发转捩的结构，与 DNS 研究及非线性最优扰动分析一致。所提方法还捕捉到近期观测到的斜向湍流条带，这些条带在实验与 DNS 中被关联到大尺寸槽流中的转捩。在两种流态下识别 DNS 与非线性分析预测的流向变化结构更大放大的能力表明，结构化方法使人能够保持与抬升机制减弱相关的非线性效应，而该机制已知主导线性算子。捕捉这一关键非线性效应使得在分析输入-输出建模范式内预测已知转捩流动结构的更宽范围成为可能。