壁面湍流中的变分数据同化：从外向观测到壁面应力与压力
流体动力学
2025-04-09 v3 混沌动力学
摘要
本文利用 adjoint-变分数据同化方法研究了从外向观测估计壁面湍流的问题。我们首先考虑完全解析的速度数据，起始于距离壁面一定距离处。通过强制估计流动恰好满足纳维-斯特劳斯方程，寻求一种统计平稳湍流状态，以再现瞬时外向观测。这种估计状态提供了对未知近壁湍流的完整访问，包括壁面剪切应力和压力。当第一个观测位于壁面50个黏性单位内时，真实值与估计值之间的相关系数超过95%。随着观测距离壁面进一步分离，在90个黏性单位时，同化壁面应力的精度在壁面降低到40%。这一趋势对雷诺数几乎独立。估计误差的傅里叶谱在外向与内状态变量之间的相干性谱上呈现出准一致的特征：外向流动中观察到的长波长结构在未观测的近壁区域具有更深的相干性，因此在大尺度上的误差最低。尽管如此，adjoint-变分方法提供了一种更严谨的量化方法，以准确预测从外向观测到的瞬时近壁湍流的能力。最后，我们演示了使用过滤和亚采样外向观测对估计精度的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2410.09916,
title = {Variational data assimilation in wall turbulence: From outer observations to wall stress and pressure},
author = {Mengze Wang and Tamer A. Zaki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.09916},
year = {2025}
}