【行業(yè)動(dòng)態(tài)】研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展湍流尖叫噴流三維全局穩(wěn)定性分析

導(dǎo)讀：arXiv 7月8日提交的一篇論文圍繞湍流條件下的尖叫噴流問(wèn)題，開(kāi)展三維全局穩(wěn)定性分析。論文采用URANS框架、高保真求解器dNami、自動(dòng)微分工具Tapenade以及時(shí)間推進(jìn)方法，分析不同欠膨脹狀態(tài)下的模態(tài)結(jié)構(gòu)和聲輻射特征。

題為《Three-dimensional global stability analysis of turbulent screeching jets》的論文由Alessandro Franchini、Nicolas Alferez和Jean-Christophe Robinet撰寫。論文稱，研究目標(biāo)是在湍流條件下研究尖叫噴流問(wèn)題，并通過(guò)三維全局穩(wěn)定性分析描述聲學(xué)模態(tài)的空間分布。

根據(jù)論文摘要，研究使用非定常雷諾平均納維—斯托克斯（URANS）框架，其中可壓縮流動(dòng)方程由高保真求解器dNami離散，線性化離散系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)微分工具Tapenade獲得，全局穩(wěn)定性問(wèn)題則在時(shí)間推進(jìn)框架中求解。

論文首先將URANS方程的定點(diǎn)解與實(shí)驗(yàn)和數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，隨后圍繞不同欠膨脹水平下的定點(diǎn)解開(kāi)展三維全局穩(wěn)定性分析。作者進(jìn)一步從空間分布和聲輻射角度分析提取出的模態(tài)，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

論文稱，與實(shí)驗(yàn)POD數(shù)據(jù)的比較顯示，線性模態(tài)能夠再現(xiàn)主要波數(shù)內(nèi)容和空間組織特征。研究還通過(guò)復(fù)波數(shù)分析，進(jìn)一步辨識(shí)下游傳播不穩(wěn)定性與上游傳播中性聲學(xué)模態(tài)在尖叫噴流反饋環(huán)中的相互作用。

在論文引言中，作者回顧了尖叫音產(chǎn)生機(jī)制的經(jīng)典解釋：下游傳播的流體動(dòng)力不穩(wěn)定性在近噴口剪切層中放大，并與欠膨脹噴流潛核中的準(zhǔn)周期激波胞結(jié)構(gòu)相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生向上游傳播的聲波，激勵(lì)近唇口剪切層并閉合反饋回路。

論文指出，近年研究通常認(rèn)為，中性聲學(xué)模態(tài)，也被稱為導(dǎo)波噴流模態(tài)或k?模態(tài)，負(fù)責(zé)閉合尖叫噴流反饋環(huán)。作者在本文中希望通過(guò)三維分析、自動(dòng)微分和矩陣無(wú)關(guān)框架，研究具有強(qiáng)激波的可壓縮湍流中的該類現(xiàn)象。

方法部分顯示，研究沒(méi)有組裝完整雅可比矩陣，而是采用完全矩陣無(wú)關(guān)框架，以避免三維穩(wěn)定性分析中可能出現(xiàn)的巨大內(nèi)存開(kāi)銷。論文還說(shuō)明，線性代數(shù)問(wèn)題使用Python版本的PETSc和SLEPc求解。

這項(xiàng)研究屬于噴流聲學(xué)和可壓縮流動(dòng)穩(wěn)定性方向的技術(shù)進(jìn)展。論文內(nèi)容主要集中于數(shù)值方法、模態(tài)結(jié)構(gòu)和與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，并未直接聲稱已經(jīng)形成具體發(fā)動(dòng)機(jī)降噪工程方案。

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