剪切非螺旋湍流中的大尺度不稳定性：涡旋结构的形成
流体动力学
2009-11-13 v1 天体物理学
地球物理
摘要
我们研究了剪切非螺旋湍流中的一种大尺度不稳定性，该不稳定性导致大尺度涡度的产生。考虑了三种背景大尺度流动类型，即小尺度均匀湍流中的 Couette 流和 Poiseuille 流，以及非均匀湍流中的“对数 - 线性”速度剪切。已知层流平面 Couette 流和层流平面 Poiseuille 流的反对称模态对于任何雷诺数下的小扰动都是稳定的。我们证明，在小尺度湍流中，在某些条件下，大尺度 Couette 流和 Poiseuille 流由于大尺度不稳定性而变得不稳定。这种不稳定性导致沿平均剪切速度拉伸的大尺度涡旋结构的形成。对于“对数 - 线性”速度剪切，大尺度不稳定性的增长率远大于 Couette 和 Poiseuille 背景流的情况。我们在小尺度剪切湍流中发现了一种 Tollmien-Schlichting 波的湍流类比。湍流 Tollmien-Schlichting 波的激发机制与湍流雷诺应力引起的平均涡度扰动产生以及背景剪切运动的综合效应有关。即使是在施加于小尺度湍流上的平面 Couette 流中，只要平均速度的扰动依赖于三个空间坐标，这些波就可以被激发。这些波的能量由小尺度剪切湍流提供。
引用
@article{arxiv.0710.3862,
title = {Large-scale instability in a sheared nonhelical turbulence: formation of vortical structures},
author = {T. Elperin and I. Golubev and N. Kleeorin and I. Rogachevskii},
journal= {arXiv preprint arXiv:0710.3862},
year = {2009}
}
备注
12 pages, 14 figures, Phys. Rev. E, in press