主动湍流从二维到三维的标度转变
软凝聚态物质
2023-08-01 v1 生物物理
流体动力学
摘要
低雷诺数主动流体中可观测到湍流现象。它们本质上不同于经典惯性湍流，并在二维和三维中表现迥异。理解这类新型湍流的行为及其对系统维度的依赖是非平衡物理中的根本挑战。我们通过实验测量了间距为不同高度 的两块大平行板间细菌湍流的流场结构与能谱。随着H增大，湍流呈现三种 regime，源于细菌长度、涡尺寸与H的竞争。这由两个临界高度（ 和 ）及大-极限下涡尺寸的 标度律所标志。同时，能谱在准二维（2D）和三维（3D） regime 中呈现不同的普适标度律，与细菌活性、长度及 无关，而标度指数在交叉区发生转变。为理解标度律，我们发展了使用镜像系统表征无滑移约束边界效应的流体力学模型。该模型预测在2D中大、小尺度分别为普适的1和-4标度，在3D中中间尺度分别为-2和-1标度，与实验结果一致。我们的研究为考察维度对非平衡自组织系统的影响提供了框架。
引用
@article{arxiv.2307.15720,
title = {Scaling transition of active turbulence from two to three dimensions},
author = {Da Wei and Yaochen Yang and Xuefeng Wei and Ramin Golestanian and Ming Li and Fanlong Meng and Yi Peng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.15720},
year = {2023}
}