自由湍流衰减的不变性

在几乎所有实际湍流中，都存在湍流能量衰减，并与其他众多现象竞争。在 Kolmogorov 理论中，衰减通过从含能大尺度向黏性小尺度转移的“惯性串级”进行。然而，即便在最简单的均匀各向同性湍流（HIT）情形下，该描述也无法预测实际衰减率。如 50 多年来经验所观测，比含能涡更大尺度上的“红外”谱陡度决定衰减，但理论理解仍然缺失。本文从大尺度角动量不变性推导出 HIT 衰减定律——该方法 Landau 于 1944 年首次提及，但后来被不当地摒弃。该不变性还预测了静止流体中层状、管状和斑状区域中迄今未被探索的湍流衰减。除扩展和简化的理论描述外，这些发现为湍流耗散（在应用模拟中常有缺陷）提出了新的实用建模策略。