平衡与非平衡湍流中的能量传递与耗散

利用风洞中的热线风速仪，实验研究了在衰减的分形方格生成湍流中发现的非平衡耗散行为。之前的结果得到了巩固，并与由常规方格网生成的湍流进行了基准对比，后者旨在保留分形方格的某些几何参数。这种对比表明，在湍流衰减直至尾流相互作用距离的前几倍的下流区域中，非平衡行为在分形方格和常规方格网生成的湍流中均有体现。对于其中一种常规网格，研究表明若局部湍流雷诺数足够高，超过该区域后会过渡到经典耗散行为。因此可以得出明确结论：这种行为比最初认为的更为普遍，因而具有更大的科学和工程意义。通过实验测量非均匀 von Karman-Howarth-Monin 方程的各项，进一步研究了非平衡耗散现象。该方程本质上是逐尺度的能量传递预算。数据显示，湍流的非均匀性并未干扰非平衡现象，且非线性能量传递（即能量向小尺度的传递）的标度与耗散不平衡。这种不平衡导致小尺度平流的增长，以补偿传递能量与耗散能量之间日益增大的差距。对于最高雷诺数的数据，还表明非平衡耗散标度似乎符合预期，即它渐近独立于粘度，并具有具有 Kolmogorov-Obukhov 指数 -5/3 的幂律谱。