被动标量：螺旋与非螺旋旋转湍流中的混合、扩散与间歇性

我们使用直接数值模拟计算了湍流旋转螺旋与非螺旋流中被动标量的结构函数、标度指数、概率密度函数与湍流输运系数。我们表明，当存在旋转时，螺旋度影响速度与被动标量的惯性区标度，其谱律与被动标量方差谱的 $\sim k_{\perp}^{-1.4}$ 一致。该标度律与 \cite{imazio2011} 中针对旋转非螺旋流提出的唯象论证一致，该论证指出若能量服从 $E(k)\sim k^{-n}$ 律，则被动标量方差服从 $V(k) \sim k^{-n_{\theta}}$ 律，其中 $n_{\theta}=(5-n)/2$。利用由此律得到的二阶标度指数，并采用 Kraichnan 模型，我们得到了与数值结果吻合良好的被动标量反常标度指数。发现被动标量的间歇性比非螺旋旋转情形更强，这一结果也被场增量的概率密度函数中更强的非高斯尾所证实。最后，利用 Fick 定律计算平行于和垂直于旋转轴方向的有效扩散系数。计算表明，在旋转流中螺旋度存在时水平扩散减小，而垂直扩散增大。我们用平均场论证根据速度场涨落振幅解释了此行为。