中等脉动幅度下过渡区脉动管流中的湍流斑

我们表明，在脉动管流的过渡区中，当中高幅度为 0.5 < A < 1 时，首个长寿命湍流结构是局域化的，并呈现为在统计稳态管流中观察到的湍流斑和湍流段形式。我们在多种脉动频率、幅度和雷诺数下进行了直接数值模拟，并观察到了湍流斑和湍流段的不同动力学行为。在某些流动参数下，我们通过因果分析发现，湍流斑主动利用层流 Sexl-Womersley 剖面中的线性不稳定性来在脉动中存活。利用所有这些经验教训，我们扩展了 Barkley 等人发表于 Nature (2015) 的低阶模型，以重现这些动力学行为。我们发现在脉动幅度 0.5 < A < 1、频率 Wo > 5 和 2100 < Re < 3000 的广泛参数空间中，扩展模型与我们的数值结果之间具有良好的一致性。借助我们的数值结果、因果分析和模型，我们确定在这些流动参数下湍流产生有两个来源：统计稳态管流中的平均剪切，以及瞬时脉动平均剖面的不稳定性。