可压缩涡结构及其在流体湍流 onset 中的作用

我们研究三维流动中准二维（薄煎饼状）涡结构的形成，以及二维流体动力学中准一维结构的形成。这些结构在高雷诺数下形成，此时其演化在主导阶上由理想不可压缩流体的欧拉方程描述。我们通过数值与解析表明，这些结构的压缩以及由此带来的其幅值的增加，与冻结于流体中的场的压缩性有关：三维情形中为连续分布的涡线场，二维流动中为涡度旋度（divorticity）场。我们发现涡度与 divorticity 的增长可视为相应场破裂的过程。在高强度下，该过程展现出 Kolmogorov 型标度律，将最大幅值与结构的特征宽度联系起来。分析了这些相干结构在形成湍流 Kolmogorov 谱以及对应于二维湍流中涡度拟能常量通量的 Kraichnan 谱中的可能作用。