AMS好文分享 | 中科院力学所何国威、杨子轩研究团队：基于预解算子法的近壁湍流时空能谱预测模型

Citation

Yang, B., Jin, G., Wu, T. et al. Numerical implementation and evaluation of resolvent-based estimation for space–time energy spectra in turbulent channel flows. Acta Mech. Sin. 36, 775–788 (2020). https://doi.org/10.1007/s10409-020-00970-3

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研究背景

预解算子方法近年来被广泛应用于壁湍流相干结构的预测与控制。围绕此问题，中科院力学所何国威院士、杨子轩副研究员团队，发展了基于预解算子法的槽道湍流近壁速度时空能谱预测新模型，给出了预解算子离散形式的详细推导过程和表达形式，发现在已知对数区某一参考平面上的时空能谱的情况下，可以预测缓冲区的时空能谱。在此发现的基础上，进一步研究了参考平面位置、压力时空谱信号等对于新模型预测效果的影响。

02

研究进展

本文将预解算子法应用于

的槽道湍流中。利用一个平行于壁面的参考平面处的时空能谱信息预测其余法向位置的时空谱。

图1

图1(a)、(b)给出了参考平面位于

时，新模型得到的

处时空能谱与直接数值模拟结果的对比。图1(a)中云图为直接数值模拟结果，带点虚线为新模型预测结果。图1(b)中实线和虚线分别为直接数值模拟和新模型的预测结果。从图中可以看到，新模型预测的时空能谱位于具有明显的对流性质，且可以正确预测该位置的对流速度。此外，新模型预测的时空能谱具有正确的谱展宽现象。以上结果表明，基于预解算子的模型可以用于缓冲区时空能谱的预测。作为对比，图1(c)、(d) 给出了参考平面位于

时，新模型预测的结果与直接数值模拟结果的对比。从图中可以看到，此时新模型预测的谱宽明显偏小，预测结果不及

时的结果，可见新模型的预测性能依赖于参考平面位置的选取，经过对不同参考平面位置得到结果进行对比，发现

为该雷诺数下的最优参考平面位置。

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未来展望

本文的结果证实了预解算子法对于速度时空能谱的预测能力，为壁湍流中的时空能谱预测提供了一种新的思路。未来的工作可以进一步考虑如何选取最优参考位置，以提升预解算子法在不同雷诺数下的预测结果。由于时空能谱可以与声比拟方法结合，用于预测远场湍流噪声。本文的结果有望在气动噪声等工程问题中得到应用。

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基金资助

非线性力学的多尺度力学问题研究”基础研究中心项目（编号：11988102)

中国科学院先导B项目（编号：XDB22040104）

中国科学院力学研究所“力星计划”

(撰稿人：杨子轩）

原标题：《AMS好文分享 | 中科院力学所何国威、杨子轩研究团队：基于预解算子法的近壁湍流时空能谱预测模型》

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