湍流中被动标量的统计与几何
混沌动力学
2009-11-11 v1 天体物理学
流体动力学
摘要
我们提出了在中等雷诺数（10 =< R_λ =< 42）和大于1的施密特数（2 =< Sc =< 32）下被动标量混合的直接数值模拟（DNS）。模拟的分辨率高于Batchelor尺度，最高达其四分之一。驱动湍流是均匀各向同性的，并通过在低波数处的随机强迫维持稳态。被动标量通过在一个方向上的平均标量梯度保持稳态。我们研究了标量场及其梯度的几何和统计特性之间的关系。雷诺数和施密特数都不足以发展出 Kolmogorov 标度或 Batchelor 标度，因此，不出所料，我们没有在中间粘性范围发现标量等值线或等值面的分形标度。等值面的面积体积比反映了标量波动的近似高斯统计。通过等值面的标量通量，由标量梯度大小的条件概率密度函数（PDF）决定，其尾部呈拉伸指数分布。在所有研究案例中，标量耗散的 PDF 在小振幅和大振幅处都明显偏离对数正态分布。还研究了标量及其耗散率的联合统计，以及标量耗散的平均条件矩。我们检验了粗粒化对概率密度的影响，以模拟测量中探针分辨率不足的影响。
引用
@article{arxiv.nlin/0510052,
title = {Statistics and geometry of passive scalars in turbulence},
author = {Joerg Schumacher and Katepalli R. Sreenivasan},
journal= {arXiv preprint arXiv:nlin/0510052},
year = {2009}
}
备注
13 pages, 10 Postscript figures (2 with reduced quality)