计算湍流边界层的 Kolmogorov/能量谱

计算科学 流体动力学 傅立叶分析 谱法
2021-11-29 00:57:43

以前,我已经计算了为在所有三个方向上等距分布的各向同性湍流获得的 3D DNS 数据的能谱,然后计算能谱,一个执行傅里叶变换,然后累积位于不同波数箱中的能量,然后得到 ( ) 斜率,一切正常。k5/3

现在,如果我想为湍流边界层情况扩展相同的内容,我应该如何修改该技术?我不能再在墙壁法线方向上进行傅里叶变换,我不知道如何计算能量谱。如果我计算流向和展向平面的频谱,则没有问题,因为它们都是使用傅立叶基定义的。

所以我的问题有两个:

  1. 我们如何计算 3D 湍流边界层的能谱?
  2. 如果我们不能为 3D 情况计算它,即如果该参数仅对不同壁法线位置的 2D 平面切割有效,那么我们如何定义湍流边界层情况的比例,特别是沿壁法线方向?
2个回答

1) 通常选择一个或两个具有代表性的壁法线距离,并在均匀方向上呈现 、 等<u'u'>的光谱。<v'v'>例如,请参见 Spalart 1988 中的图 11 ( http://dx.doi.org/10.1017/s0022112088000345 )。

2)“尺度”是指长度尺度吗?如果是这样,量化流量的哪个方面的长度尺度?

支持,你的目标是什么?与某人公布的结果进行比较?说服自己你有足够的分辨率?更详细地研究物理学的某些方面?还有什么?

一般来说,从我所见,人们要么计算 1D 光谱(在跨度方向和流方向),要么计算垂直水平切片的 2D 光谱。根据您要查看的内容,这些水平光谱可以在垂直方向上进行平均。

我不完全确定您正在寻找什么规模,但让我补充一点,在边界层中,由于流动的各向异性性质,不应该存在 Kolmogorov 惯性范围并不明显,我相信这仍然是一个活跃的研究领域(例如对流边界层)。我认为已经发现的是,在足够小的尺度上,压力波动确实会导致流动“各向同性化”,从而导致惯性范围,但这在 3D 三重周期理论中并不明显。一个经常被关注的重要统计数据是垂直光谱与水平光谱的比率。例如,在对流边界层中,该比率在局部各向同性区域中应该是常数 4/3。