大尺度水弹性湍流波的统计平衡崩溃

在强迫尺度之外的尺度上, 某些非平衡湍流系统(如水动力学湍流、波湍流和非线性光学)表现出统计平衡状态, 其中能量在大尺度模式之间均分,符合瑞利-热力学谱。当前的关键问题涉及从这种状态的出现、衰减、崩溃或其他非平稳演化。本文实验性地研究了大尺度水弹性湍流波的自由衰减, 初始处于统计平衡状态。通过空间和时间分辨的测量, 我们表明这些大尺度张力波的总能量随时间呈幂律衰减。我们从理论初始平衡谱和线性粘性阻尼推导能量衰减律, 由于不存在净能量通量。我们的预测在实验数据上几乎两个数量级的时间范围内表现良好, 适用于各种初始有效温度的统计平衡状态。我们进一步识别了耗散机制并进行了实验验证。我们的方法可应用于其他初始尺度处于统计平衡的衰减湍流系统。