$\eta=0.91$泰勒-库埃特湍流中角动量输运的双极大值

我们利用实验和直接数值模拟探测了终极区附近低曲率泰勒–库埃特（TC）流的相空间。圆柱半径比固定为$\eta=r_i/r_o=0.91$。在$10^7\leq\text{Ta}\leq10^{11}$的无量纲剪切驱动（泰勒数$\text{Ta}$）范围内，探索了共转与反转构型。在$\text{Ta}$范围$10^8\leq\text{Ta}\leq10^{10}$内，我们观察到角动量输运作为圆柱转速比函数有两个局地极大值，可依据其位置描述为“共转”与“反转”，或依据其形状描述为“宽”与“窄”。我们确认宽峰伴随大尺度结构的增强，而窄峰在驱动（Ta）足够强时出现。正如Brauckmann等人（2016）在数值模拟中首次证明的，宽峰由离心不稳定性产生，窄峰是剪切不稳定性的结果。我们描述了随着流动变得更湍流，峰值如何随$\text{Ta}$变化。在边界层（BLs）变为湍流的终极区转变附近，反转型泰勒涡对的一般结构瓦解，局部出现稳定的非配对滚胞。我们将此状态归因于向终极区转变过程中底层滚胞特性的变化。围绕$\text{Ta}\approx10^{10}$的流动结构进一步变化导致宽峰完全消失、窄峰移动。这第二次转变的原因是边界层内局部光滑区域消失，整个边界层变得活跃。