圓柱繞流和大氣湍流的Hilbert-Huang變換分析.pdf

1、湍流問題一直是經(jīng)典力學(xué)中沒有得到很好解決的一個難題。在湍流發(fā)展的過程中，信號處理方法的發(fā)展(包括各種統(tǒng)計方法)起到了極其重要的作用，幫助人們加深了對于湍流現(xiàn)象的理解。然而，湍流研究在理論分析、數(shù)值計算和實驗三個方面存在的困難，以及傳統(tǒng)信號處理方法所具有的局限，限制了人們對于湍流問題的進(jìn)一步理解。因而，作為研究湍流問題的一個強(qiáng)有力的手段，信號處理方法需要新的發(fā)展，來幫助人們重新認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)湍流。 本文首先介紹了新近發(fā)展出來Hilbe

2、rt-Huang變換方法。該方法有著完全的自適應(yīng)、更高的時間和頻率分辨率等優(yōu)點(diǎn)，因而是用來分析非平穩(wěn)、非線性數(shù)據(jù)1的理想工具。同時，在HHT方法中，波內(nèi)頻率調(diào)制所描述的非線性機(jī)制對非線性作用的描述提供了一個全新的視角。 然后使用HHT方法分析了圓柱繞流尾跡流的實驗數(shù)據(jù)和大氣湍流觀測數(shù)據(jù)。圓柱繞流尾跡流的分析結(jié)果表明主要含能模態(tài)存在著明顯的波內(nèi)頻率調(diào)制，表明圓柱繞流的渦的脫落頻率并不是一個常值，而是圍繞著某一值出現(xiàn)上下波動，這說明

3、渦的脫落過程受控于非線性機(jī)制。同時，從渦的空間演化來看，同樣存在著明顯的波內(nèi)頻率調(diào)制，說明非線性作用的存在。在對大氣湍流的分析中，經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法很好地提取了相干結(jié)構(gòu)，分析表明大氣運(yùn)動以及湍動能輸運(yùn)和熱量輸運(yùn)主要受到這些大尺度的相干結(jié)構(gòu)的控制。同時相干結(jié)構(gòu)相應(yīng)的瞬時頻率存在著明顯的波內(nèi)頻率調(diào)制，說明在渦的時空演化過程中非線性作用，如渦的變形、耗散、破碎起到了主要作用。而在Hilbert邊際譜中還發(fā)現(xiàn)，在較低的頻率就脫離慣性子區(qū)，從而進(jìn)入了