近期，《Phys. Rev. Fluids》刊登了中国科学院力学研究所何国威研究员科研团队关于湍流时空能谱随机动态模型的研究进展。

　　湍流时空能谱表征了湍流能量在不同时间和空间尺度上的分布，是研究湍流时空尺度动态耦合和湍流噪声等流动物理现象的基本工具。构造湍流时空能谱的随机动态模型，生成具有正确时空性质的湍流场，这不仅有助于湍流来流生成和流动控制，也有助于时间精准壁模型的建立。通常的白噪声模型没有合理模化湍流的畸变效应，尤其是没有包含随机横扫效应，这导致了其产生的时空能谱的谱宽为无穷大，这与真实湍流不符。针对这一问题，本研究提出了剪切湍流时空能谱的动态自回归模型。该模型通过引入自回归随机力代表湍流的随机横扫机制，并在模型中考虑了湍流大尺度结构对小尺度结构的随机激励作用以及更小尺度结构造成的涡粘耗散作用，从而构造了近壁湍流小尺度流动的随机动态方程。该模型正确预测了湍流的对流速度和时空能谱谱宽，克服了以前时间白噪声随机力模型无法预测时空能谱谱宽的根本缺陷。在此基础上，本研究采用线性随机估计方法来确定与外层流动相关的大尺度流动。将动态自回归模型与线性随机估计模型相结合，本研究成功重构了具有给定湍流时空能谱特征的近壁湍流脉动速度场（见图1）。模型得到了槽道湍流直接数值模拟数据的验证。该模型可用于高速运载工具湍流噪声和颗粒湍流两相流等复杂流动的时间精准的大涡模拟方法。

　　此外，《Phys. Rev. Fluids》邀请何国威研究员撰写关于湍流时空能谱的研究综述，介绍该研究成果以及何国威研究员在湍流时空能谱领域的其他贡献。

　　以上研究获得国家自然科学基金基础科学中心项目“非线性力学的多尺度问题研究” (No. 11988102) 资助。 论文链接： DOI: 10.1103/PhysRevFluids.6.054602以及DOI: 10.1103/PhysRevFluids.6.100504。

图1：动态自回归模型结合线性随机估计模型重构的具有给定湍流时空能谱特征的近壁湍流脉动速度场。