膨胀湍流斑的非线性扩散与衰减

湍流在失去外力驱动后会衰减并侵入周围静息流体。尽管这一简单现象无处不在，但已被证明很难用一个简单且通用的框架来描述。传统湍流室中的实验不可避免地因靠近边界和平均流而变得复杂，从而掩盖了向静息流体状态弛豫的基本特性。在此，我们通过使用八个向水箱中心聚焦的汇聚涡发生器，创建了一个空间局部化的湍流流体斑，并使用对数采样率的粒子图像测速技术，观察了其在数个时间数量级上的衰减与扩散，从而规避了上述问题。该斑最初膨胀并衰减，直到触及水箱壁，最终转变为近似空间均匀衰减的第二阶段。我们在非线性扩散方程的框架内解释了这些动力学行为，该方程预测理想的静息-湍流流体边界是尖锐的，并以非扩散方式传播，由湍流涡驱动，同时以特征标度律衰减。我们在湍流斑的膨胀阶段找到了支持该模型的直接证据，并用它来解释我们观察到的详细行为，这与早期的研究形成对比。我们的工作为移除驱动后湍流的行为提供了详细的空间分辨叙述，并出人意料地表明，湍流级联在衰减过程的深远阶段留下了不可磨灭的印记。