利用希尔伯特本征正交分解研究球体近尾迹中的传播湍流结构
流体动力学
2026-03-02 v2
摘要
湍流尽管看似随机，但表现出支撑其动力学的相干结构。本征正交分解（POD）已被广泛用于从实验数据中提取这些结构。虽然当周期性主导流动时，可以使用POD模态对识别如涡旋脱落等周期性特征，但在复杂流动中检测此类结构更具挑战性。希尔伯特本征正交分解（HPOD）通过将POD应用于湍流脉动的解析信号来解决这一问题，生成实部和虚部之间具有相位差的复模态。这些模态有效地捕捉了传播结构，但引入了用于推导解析信号的希尔伯特变换所产生的滤波伪影。当前工作研究了球体尾迹中速度脉动的POD模态与HPOD模态之间的关系。通过比较它们的输出，识别出对应于HPOD揭示的相同传播结构的POD模态对。此外，本研究探讨了对POD模态计算解析信号是否可以复制HPOD模态，从而为确定代表传播结构的POD模态对提供一种计算效率更高的方法。结果表明，由HPOD识别的POD模态对可以通过直接对POD模态应用希尔伯特变换更有效地确定。该方法增强了POD的解释能力，使得能够在没有引入希尔伯特变换滤波的情况下对湍流动力学进行更详细的分析。
引用
@article{arxiv.2507.19167,
title = {Studying propagating turbulent structures in the near wake of a sphere using Hilbert proper orthogonal decomposition},
author = {Shaun Davey and Callum Atkinson and Julio Soria},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.19167},
year = {2026}
}
备注
Preprint submitted to Journal of Fluid Mechanics