离子气流中极端事件触发与相关结构调制

大气气流将壁面湍流暴露于严酷的非稳定作用力下，触发复杂的非平衡动力学和极端气动负荷。本研究通过直接数值模拟（DNS）研究湍流结构的时空调制及近壁面极端事件触发机制，模拟高斯型瞬态作用力下的情形。结果表明，高幅度气流将能量主要注入流向速度分量，导致湍流能量再分配期间出现显著的非平衡相位滞后。此过程在壁面摩擦力中产生滞回现象，并延长了缓和时间。谱分析和连续小波分析表明，强烈的气流作用抑制了高频随机涨落，并将湍流动能组织进低频相关结构。这些富能量结构的特征频率与气流驱动频率锁定，偏差仅为$2.4\%$。此外，在严重作用力下，近壁面极端事件发生概率可增加一个数量级，包括极端正（EP）壁面剪应力事件和稀有的逆流（BF）事件。通过两种条件平均技术，我们展示BF事件由强烈、局部的逆压梯度和富能量的喷发驱动，这些现象促进了缓冲层中跨向涡旋的卷曲。相比之下，EP事件由高速流体的富能量冲击所支配，将强烈的跨向涡旋压缩至壁面附近。上述发现提供了关于非平衡能量传递的物理见解，为 operating in unsteady atmospheric environments的无人机载荷减轻和稳健流动控制提供了理论指导。