尾涡的瞬态增长及其通过惯性粒子的引发

研究了以强旋流q-涡旋为模型的尾涡的瞬态动力学，重点关注由与连续谱相关的连续本征模驱动的优化瞬态增长。利用适用于径向无界域的谱配置法，该方法确保了正确的解析性和远场行为，数值上证实了粘性临界层本征模（Lee & Marcus, J. Fluid Mech., vol. 967）在整个本征模族中对优化扰动的关键贡献。数值方法在不同敏感性测试中的一致性支持了结果的可靠性，并为参数调整提供了灵活性。通过线性化理论和非线性模拟，研究了轴向波数为1或更小的轴对称和螺旋扰动，所得结果与现有文献中关于能量增长曲线和优化扰动结构的结果一致。还探讨了瞬态增长的引发过程，突出了其实际相关性。受航迹云中冰晶的启发，强调了惯性粒子通过粒子拖曳对涡旋流的反向影响。在追求优化瞬态增长的过程中，粒子最初分布在涡核外围以扰动流动。双向耦合的涡旋-粒子模拟清晰地显示了在持续的涡旋-粒子相互作用过程中优化瞬态增长的证据，强化了瞬态增长在原始非线性涡旋系统中有限时间段内的鲁棒性和重要性。