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湍流流动是多尺度的,不同尺度的湍流不但影响着涡的大小,而且影响着各个涡对系统能量的贡献,现如今的湍流理论多基于统计学分析,所以定量分析和研究多尺度的湍流运动很有必要。本文使用本征正交分解方法、动态模态分解方法和经验模态分解等模态分解方法定量分析了多尺度湍流在不同场景下的作用和影响。分别使用高精度的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)模型对缝翼周围流动和使用直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)模型对槽道开展了数值模拟。利用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法分析缝翼空腔中自由剪切层大尺度涡结构的能量,特征值的大小表征了相应模态所占据的能量,根据特征值的大小排序可以得到各个模态的能量排序和能量关系。POD中的特征值总是成对出现,少数高能量模态就能表征系统的流动状态。剪切层中相同方向的脉动区域总是间隔存在,高能量的模态在撞击之前出现较大面积的高幅值的压力脉动区域,而相对能量较低的模态的主要的脉动区域愈加远离撞击点,且脉动区域面积缩小。然后使用动态模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)可以获取单一频率下的模态。利用DMD方法研究了缝翼低频噪声的产生机理。研究结果表明缝翼低频噪声具有显著的偶极子特性,利用DMD分析揭示了缝翼噪声的产生机理,缝翼低频噪声源于剪切层中的大尺度涡结构与缝翼下壁面的周期性撞击效应,大尺度涡结构与低频噪声之间存在的流-声耦合的闭环反馈机制,根据反馈机制提出并验证了一种预测低频噪声的理论预测模型。槽道湍流流动是非周期,非线性的具有宽频特性的流动,所以POD和DMD等基于线性化假设的理论就不适用,而EMD方法则基于非线性理论,可以适用于非线性的信号分析。在本文分析槽道湍流运动中,对流向速度使用二维EMD方法,并提取各个时刻流场的EMD模态。根据二维EMD的性质,各个模态的尺度是不同的,从各个模态的预乘谱可以看出低雷诺数下的槽道湍流运动可以发现可以提取出的模态数目较少,且各个模态的尺度可以很好的分离湍流运动尺度。本文分别使用了高精度的大涡模拟(LES)模型对缝翼周围流动和使用直接数值模拟(DNS)模型对槽道开展了数值模拟。从两类算例使用模态分解后得到分析结果可以看出POD,DMD方法基于线性化假设,适用于周期运动,例如剪切层周期性的形成涡结构不断地撞击缝翼尾缘,POD方法可以获取各个模态占据能量的比重,DMD模态能获取各个模态的频率信息,且各个模态的为单频信息;EMD方法基于非线性话假设,可以使用于非线性信号的分析,适用于槽道等湍流运动。二维EMD方法可以分离流场的各个尺度信息,获取不同尺度的模态信息。