三维活性流体中自发镜像对称破缺引发逆能量级联
流体动力学
2017-03-13 v2
摘要
经典湍流理论认为，三维湍流中的能量输运通过 Richardson 级联进行，即较大涡旋逐级衰变为较小涡旋。与此相反，二维流体和气体中存在以涡旋增长为特征的额外逆级联，这对气象流动和流体混合具有深远影响。基于平衡热力学论证，三维流体中螺旋度驱动的逆级联可能性在 20 世纪 70 年代已被否定。然而，最近有研究提出某些对称性破缺过程可能触发三维逆级联，但至今尚未发现展现此现象的物理系统。本文中，我们通过解析和数值证据，证明在一个经实验验证的三维活性流体模型中存在逆能量级联，该模型描述了自发打破镜像对称的微生物悬浮液流动。我们解析地证明，自组织尺度选择——许多生物和工程非平衡流体的普遍特征——能够产生宇称破缺的 Beltrami 流。我们的模拟进一步展示了活性尺度选择如何控制镜像对称破缺及三维逆级联的出现。
引用
@article{arxiv.1611.08075,
title = {Spontaneous mirror-symmetry breaking induces inverse energy cascade in 3D active fluids},
author = {Jonasz Słomka and Jörn Dunkel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.08075},
year = {2017}
}
备注
text shortened; supplementary information available at PNAS.org