射流还是涡旋——逆湍流级联产生何种流动？
混沌动力学
2017-04-05 v1 地球与行星天体物理
统计力学
大气与海洋物理
流体动力学
摘要
逆级联——能量向越来越大尺度的传递——是二维湍流的一个显著特征。如果级联达到系统尺度，它将产生一个相干流动，该流动预期具有最大的可用尺度并符合区域的对称性。因此，在双周期矩形中，总动量为零的平均流动曾被认为应是单向的，沿短边形成两条射流；而当长宽比接近 1 时，预期应出现一个涡旋偶极子。通过直接数值模拟，我们表明，实际上既未遵守盒子的对称性，也未实现最大尺度：流动从来不是纯粹单向的，因为逆级联会产生相干涡旋，其数量和相对运动由长宽比决定。这种自发对称破缺与平均时间的层次密切相关。长时间平均由于涡旋沿一个方向的漂移而恢复了平移不变性，并给出射流，然而其剖面既不能从最大可用尺度的论证中推导出来，也不能从常用的最大熵原理或准线性近似中推导出来。
引用
@article{arxiv.1608.04628,
title = {Jets or vortices - what flows are generated by an inverse turbulent cascade?},
author = {Anna Frishman and Jason Laurie and Gregory Falkovich},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.04628},
year = {2017}
}