发表机构
University of California San Diego; Institut Pprime, CNRS – Université de Poitiers – ISAE-ENSMA（加州大学圣地亚哥分校; 普里姆研究所，法国国家科学研究中心 - 普瓦捷大学 - 航空宇航工程师国民学校）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。AI 中文总结
该研究通过纹影实验和LES数据，利用SPOD方法证实高亚声速射流捕获声学模式在St、x和k上量子化，并用驻波共振模型预测其频率。
AI 中文摘要
高亚声速湍流射流在其势核内捕获声学模式。这些模式位于以斯特劳哈尔数（St）表示的、宽度为O(0.1)的窄频带内。通过研究马赫数0.9、雷诺数10^6的射流，本工作证实了先前的假设：每个频带由O(10)个离散频率组成，频率间隔ΔSt约为O(0.01)。为了分辨这些频率，我们从专门的纹影实验和大涡模拟（LES）中收集了约100,000个快照，并应用谱本征正交分解（SPOD）。我们的SPOD算法使用正弦锥度，并强制施加射流的旋转和反射对称性。对于纹影实验和LES，捕获的SPOD模式在St-x平面和St-k平面上有界，其中x和k分别是轴向坐标和波数。这些边界在St、x和k上对模式进行量子化，使得St中第n_x个模式沿x和k具有n_x个波腹。随后，我们使用局部、全局、模态和非模态稳定性理论预测捕获模式。我们发现了模态与非模态稳定性之间竞争的证据。仅从理论边界出发，我们构建了一个简单的同相驻波共振模型，该模型预测了量子化的全局模式频率。
英文摘要
High-subsonic turbulent jets trap acoustic modes in their potential core. The modes lie in narrow frequency bands that are $O(0.1)$-wide in Strouhal number, $St$. By studying a Mach 0.9, Reynolds number $10^6$ jet, this work confirms an earlier hypothesis: each band is made up of $O(10)$ discrete frequencies, $ΔSt \sim O(0.01)$ apart. To resolve them, we collect $O(100\,000)$ snapshots from dedicated schlieren experiments and large-eddy simulations (LES), and apply spectral proper orthogonal decomposition (SPOD). Our SPOD algorithm uses sine tapers and enforces the jet's rotational and reflectional symmetries. For both the schlieren and the LES, the trapped SPOD modes are bounded in the $St$-$x$ and $St$-$k$ planes, where $x$ and $k$ are respectively the axial coordinate and wavenumber. The bounds quantise the modes in $St$, $x$, and $k$, such that the $n_x$th mode in $St$ has $n_x$ antinodes along $x$ and $k$. We then predict trapped modes with local, global, modal, and non-modal stability theories. We find evidence of a competition between modal and non-modal stability. From only the theoretical bounds, we build a simple in-phase standing-wave resonance model that predicts the quantised global-mode frequencies.
