尖啸射流中的波结构

本文通过实验测量与线性稳定性理论，考察了尖啸射流中各类类波结构的相互作用。利用尖啸射流的速度快照，通过本征正交分解建立了尖啸周期的降阶模型。随后施加流向傅里叶滤波以分离负与正波数分量，对于该射流中关注的波，其分别对应上游与下游传播波。基于实验所得基流开展了全局稳定性分析，结果表明其与实验获取的结果高度吻合，说明此处所考察的机制在线性框架中得到了良好表征。在两项分析中，均可清晰辨识出三种不同的类波结构。这三种波正是 Tam 与 Hu（1989）首次证明可由圆柱涡 sheet 支撑的波：其一为 Kelvin-Helmholtz 模态；其二为近期备受讨论的上游传播导射流模态；第三分量具有正相速度，此前未在尖啸射流中被识别。我们提供的证据表明，该下游传播波是一种类管道模态，类似于 Towne 等人（2017）近期在高亚声速射流中识别出的模态。我们进一步依据 Tam 与 Tanna（1982）最早提出的理论证明，后两种波均由 Kelvin-Helmholtz 波包与流中激波胞的相互作用所产生。最后，我们考察了尖啸射流中明显的相干速度涨落的周期性空间调制，并表明该调制是三种类波结构叠加的结果，无任何证据表明流中激波对 Kelvin-Helmholtz 波包的增长进行了调制。