湍流中粒子轨迹的几何性质

我们分析了均匀各向同性湍流（Re_λ ≈ 280）直接数值模拟的数据，研究了拉格朗日轨迹的曲率和挠率的统计特性，以提取湍流中小尺度相干结构的几何信息。我们发现，正如Braun等人和Xu等人先前所观察到的，高曲率统计由大尺度流动反转主导，此时速度幅值非常低。为了聚焦于小尺度特征，我们引入了速度幅值的截断，并研究了仅当局部速度不太小时曲率的条件概率分布。通过这种方式，我们能够选择与涡丝相关的小尺度湍流特征。我们表明，遵循先前对加速度的计算，条件曲率概率密度可以通过多重分形形式很好地再现。最后，通过研究曲率和挠率的联合统计，我们找到了进一步证据，表明强事件由螺旋型轨迹主导。