剪切流中生物生成的湍能级联依赖于张量几何
流体动力学
2023-10-06 v1
摘要
已有研究提出，生物生成的湍流在物质输运与海洋混合中扮演重要角色。实验与数值研究均报道了静止水中中等雷诺数游动生物（如浮游动物，尤其在聚集尺度上）产生不可忽略混合的证据。然而，生物生成的扰动与背景流之间的相互作用，作为可能重塑我们对生物生成湍流既有认知的关键因素，长期被忽视。本文表明，生物生成的扰动与背景水动力剪切之间的几何关系可决定生物生成湍能级联的强度与方向。通过测量厘米级游动生物（以卤虫 \textit{Artemia salina} 为代表）在剪切流中的迁移，并借助人工射流的类比实验验证，发现生物生成的扰动与背景剪切间不同几何关系可导致谱能量向更大或更小尺度转移，从而增强或削弱大尺度水动力剪切。我们的结果表明，长期被忽视的生物生成扰动与背景流场间的几何关系，是未来生物生成湍流研究中应予考量的重要因素。
引用
@article{arxiv.2310.03226,
title = {Biologically generated turbulent energy cascade in shear flow depends on tensor geometry},
author = {Xinyu Si and Lei Fang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.03226},
year = {2023}
}