分子涨落抑制可压缩湍流中的间歇性

在充分发展湍流的标准图像中，高度间歇性的流体动力学场跨尺度非线性耦合，其中局部能量从大尺度级联到耗散涡旋和大密度梯度。然而，在微观上，组成流体的分子处于恒定的热（布朗）运动中，但分子涨落对大尺度湍流的作用在很大程度上是未知的，并且除了少数例外，历史上一直被认为在大于分子平均自由程的尺度上无关紧要。最近的理论和计算研究表明，分子涨落可以影响Kolmogorov长度尺度上的能量级联。在这里，我们表明分子涨落不仅改变了可压缩湍流中波长大于Kolmogorov长度的能谱，而且显著抑制了整个耗散范围内的时空间歇性。使用计算涨落流体动力学的大规模直接数值模拟，我们证明了湍流模型特征的极端间歇性被耗散范围内近乎高斯的统计所取代。这些结果表明，可压缩Navier-Stokes方程应补充分子涨落，以准确预测耗散范围内的湍流统计。我们的发现对天体物理学、反应流和高超声速空气动力学等应用中的湍流建模具有重要意义，在这些应用中，耗散范围湍流由闭合模型近似。