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湍流射流中相干结构求解模型的最优涡旋粘度( Optimal eddy viscosity for resolvent-based models of coherent structures in turbulent jets )
E Pickering G Rigas OT Schmidt D Sipp T Colonius
通过对湍流平均流场的线性预解分析计算的响应模态可以定性地捕捉到在壁有界和自由剪切流动中观察到的湍流相干结构的特征。为了使这种预解模型具有预测性，非线性强迫项必须是封闭的。这样做的策略包括强加自洽的三元相互作用集，提出各种源模型，或通过湍流模型。对于后者，一些研究者提出了利用平均场涡粘性线性作用于涨落场的方法。在本研究中，采用数据驱动的方法对线性预解模型进行了定量改进，通过推导一个最佳涡粘场，该场使主要预解模向能量最优相干结构的投影最大化，该相干结构是由高保真模拟数据的谱本征正交分解(SPOD)导出的。我们使用大涡模拟数据库对亚、跨、超等声速等温圆形射流进行了模拟，结果表明，最佳涡粘性能显著改善预解模态和SPOD模态之间的一致性，在射流表现出低阶响应的频率上达到90%以上的一致性。然后，我们考虑了一个固定的涡流粘度模型，并证明了通过对单个常数的校准，结果通常接近最优值。特别是，使用一个标准的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)单系数涡粘预解模型，在三种湍流射流和最大能量波数和频率下，提供了SPOD和预解模态之间的实质性一致性。
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