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混合度量双场湍流框架:从单一标量中出现的应力各向异性与壁面渐近行为

流体动力学 2026-01-08 v1

摘要

在先前工作中,我们认为湍流中的粘性耗散可理解为微观路径不确定性的宏观印记,通过平衡条件约束的核方差场s(y) s(y) 可同时导出柯尔莫戈尔尺度与壁面对数定律。本文将s s 提升为具有运动学粘性单位的时空场s(x,t) s(\bm{x},t) ,构建双场框架,使速度v \bm{v} 与一种\emph{间歇性}(或随机扩散率)场s s 协同演化。有效粘性为νeff=ν0+s \nu_{\mathrm{eff}}=\nu_0+s ,但应力张量被推广为包含由应变与旋转算子子[S,Ω][\bm{S}, \bm{\Omega}]驱动的非线性闭合项,捕捉到新出现的各向异性。场s s 的演化被定义为混合度量梯度流:针对形态的Wasserstein-2梯度流\Div(s\grads) \Div(s\grad s) ,以及由客观耦合项q q 驱动的局部L2 L^2 梯度流。耦合被分解为q=qprodqrelax q=q_{\mathrm{prod}}-q_{\mathrm{relax}} ,其中生产项由涡旋拉伸不变式I=Sω2 \mathcal{I} = \|\bm{S}\boldsymbol{\omega}\|^2 驱动。此选择确保在严格二维流动中生产项恒为零。我们证明,在常数应力、高雷诺数及重叠层尺度不变性等标准假设下,混合度量方程的唯一尺度不变重叠层解为s(y)y s(y)\propto y ,从而恢复对数速度轮廓。因此,同一混合度量方程在单一、受能量约束的框架内组织了壁面解析与壁面模式化渐近行为。

关键词

引用

@article{arxiv.2601.03314,
  title  = {A Mixed-Metric Two-Field Framework for Turbulence: Emergent Stress Anisotropy and Wall Asymptotics from a Single Scalar},
  author = {Marcial Sanchis-Agudo and Ricardo Vinuesa},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2601.03314},
  year   = {2026}
}

备注

8 pages