正常与超流氦中惯性驱动湍流的多尺度能量收支
流体动力学
2021-06-16 v1
摘要
本文提出一项使用液 He 的新型流体力学实验。流动由标准振荡栅网以其正常相(He~I)或超流相(He~II)惯性强迫驱动，产生统计定常湍流。我们利用空心玻璃微球的二维拉格朗日粒子追踪刻画流动的湍流特性。正如示踪粒子所预期的，粒子位置的Voronoï镶嵌在He~I与He~II相中均未显示出与随机泊松过程的显著偏离。粒子位置以高时间分辨率追踪，从而能分辨积分尺度与惯性尺度的速度涨落，同时恰当评估噪声贡献。此外，我们对粒子位置求导(通过与高斯核卷积)以获取加速度等小尺度量。利用这些测量量与经典均匀各向同性湍流(HIT) formalism 进行跨尺度能量收支，我们提取大尺度能量注入率、穿过惯性尺度级联的能量通量，直至耗散的小尺度。我们发现，在此类惯性驱动湍流中，无论流体处于正常态还是超流态，不同尺度的能量估计彼此相容，且与文献中报道的正常流体振荡栅网湍流结果一致。最大差异出现在小尺度，此处信噪比更难控制，且二维测量受流动三维性污染。这促使未来实验项目聚焦于小尺度、低噪声与三维测量。
引用
@article{arxiv.2011.11992,
title = {Multi-scale energy budget of inertially driven turbulence in normal and superfluid helium},
author = {Fatimata Sy and Pantxo Diribarne and Bernard Rousset and Mathieu Gibert and Mickael Bourgoin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.11992},
year = {2021}
}
备注
20 pages, 15 figures, submitted to Peer journal