模拟的纳维-斯托克斯三叶涡结重连

模拟了一个受扰动的三叶涡结的演化与自重连，并与近期的实验测量进行了比较（Scheeler 等 2014a）。先使用三维涡量等值面与线进行定性比较，随后使用螺旋度进行定量比较。为了像实验中那样仅有单次初始重连，该三叶结受到 4 个弱涡环的扰动。最初存在一个与实验相似的形变长周期，期间能量、连续螺旋度与拓扑自链接数均守恒。在下一周期，一旦重连明显开始，初始螺旋度中独立于雷诺数的一部分在有限时间内耗散。相反，实验分析发现，由氢气泡轨迹推断的螺旋度在重连期间守恒。由于在经典流体中涡旋是逐渐重连的，这表明本质差异在于对与观测事件相关的重连时间尺度的解释。既包括重连开始的时间，也包括其结束的时间。强数值螺旋度损耗的支持证据由螺旋度的谱、剖面及可视化提供，这些显示在三叶结外围形成了负螺旋度。一个具有相同轨迹与环量但具有更细核心的单一案例复现了此螺旋度损耗，尽管其 Sobolev 范数更大，这表明重连时间尺度由三叶结的初始轨迹与环量决定，而非初始涡量。该案例还表明，极小的粘度、$\nu\rightarrow 0$ 的对有限时间耗散行为的数学限制并不适用于这一中等粘度范围。