涡环碰撞中产生小尺度结构的级联过程

当涡环在足够高的雷诺数下正面对撞时，它们最终通过剧烈相互作用而湮灭，该作用将其核破碎成湍流云。我们通过实验表明，这一导致极细尺度流体运动产生的极强相互作用，揭示了体流体中一种新颖的迭代不稳定性级联的直接证据。当相干的涡核彼此靠近时，它们变形为帐篷状结构，而相互应变使它们在局部压扁为极薄的涡片。这些涡片随后破碎为较小的次级涡丝，后者自身迅速压扁并破碎为更小的三级涡丝。通过对完整 Navier-Stokes 方程进行数值模拟，我们也解析了这一不稳定性的一次迭代，并凸显了粘性在涡片破裂中所必须扮演的微妙角色。所观测到的这一跨多种尺度的迭代不稳定性级联与近期理论预测的级联同时发生，可为实时将湍流演化作为一系列离散动态不稳定性来考察提供一种新的机制框架。