极高雷诺数湍流中的极端耗散与间歇性
流体动力学
2020-11-09 v1
摘要
湍流中的极端耗散事件罕见，但其强度可达平均耗散率的若干数量级。尽管其在许多小尺度物理过程中十分重要，目前仍无准确理论或模型可预测随雷诺数变化的极值。本文基于显著剪切层概念——即局地平均耗散升高的薄区域——引入一种耗散概率密度函数(PDF)新模型。在极高雷诺数下，这些显著剪切层发展出层状子结构。流场域被划分为不同层状区域与背景区域，各区域拥有自身的耗散PDF。将体积加权的区域PDF组合得到总体PDF，并由此确定耗散方差与最大值。该模型给出了耗散最大值与方差的雷诺数标度律，与现有数据一致。此外，发现幂律标度指数随雷诺数逐渐增大，这也与数据相符。研究表明该递增指数对大气与天体物理雷诺数下的湍流有深远影响。本文结果强烈暗示，间歇性的显著剪切层结构是为理解并量化耗散极值及更一般的极端速度梯度的关键。
引用
@article{arxiv.2010.13550,
title = {Extreme dissipation and intermittency in turbulence at very high Reynolds numbers},
author = {Gerrit E. Elsinga and Takashi Ishihara and J. C. R. Hunt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.13550},
year = {2020}
}
备注
22 pages, 10 figures