受迫旋转湍流实验中的直接与逆能量级联
流体动力学
2021-07-27 v1 统计力学
摘要
我们展示了在统计稳态旋转湍流实验中动能双重级联的实验证据。湍流由一组垂直挡板产生，它们持续向旋转水槽中心注入速度脉动。能量传递通过两点三阶三分量速度结构函数进行评估，该函数是在旋转参考系中利用立体粒子图像测速技术测量得到的。在没有整体旋转的情况下，能量从大尺度传递到小尺度，如同经典的三维湍流。对于非零旋转速率，水平动能呈现双重级联：在小水平尺度上为直接级联，在大水平尺度上为逆级联。相比之下，垂直动能总是从大水平尺度传递到小水平尺度，这种行为类似于二维湍流中被动标量的动力学。在最大旋转速率下，流动几乎是二维的，并且发现水平能量存在纯逆能量级联。为了描述逐尺度的能量收支，我们考虑了将 K\'arm\'an-Howarth-Monin 方程推广到非均匀湍流的情形，其中能量输入被明确描述为湍流能量从挡板通过对流穿过进行测量的控制体积表面。
引用
@article{arxiv.1412.3933,
title = {Direct and inverse energy cascades in a forced rotating turbulence experiment},
author = {Antoine Campagne and Basile Gallet and Frédéric Moisy and Pierre-Philippe Cortet},
journal= {arXiv preprint arXiv:1412.3933},
year = {2021}
}
备注
to appear in Physics of Fluids