湍流中旋转粒子的随机共振

小尺度涡旋的混沌动力学在理解和控制湍流方面发挥着关键作用，这对能量传递、混合和一致结构演化具有直接意义。然而，由于其瞬时性和混沌性质，测量或控制其动力学 remains 一个重大的概念和实验挑战。这里我们结合实验、理论和模拟，展示了不同密度的小型磁性粒子作为测量和诱导湍流最小尺度动力学的有效探针。磁扭矩来自外部可控磁场，湍流涡旋中的 hydrodynamic 应力构成了两种力的相互作用，揭示了极其丰富的现象。尤其值得注意的是，我们首次观察到粒子在湍流中的随机共振：湍流波动实际上充当噪声，反常地增强了粒子对外部扰动的旋转响应。我们在粒子旋转相位滞后中识别到了显著的共振峰，当施加的磁场与小尺度涡旋的特征强度匹配时。此外，我们发现一种新的对称性破缺机制：一个零均值角速度的振荡磁场异常地在零均值涡旋的湍流中诱导净粒子旋转，湍流波动帮助粒子“骑”磁场。我们的发现为在复杂流中灵活的粒子操作提供了见解，并为测量涡旋开辟了一种新的基于磁共振的途径：磁性粒子作为探针发出可检测的磁场，使即使在在光学不可及的情况下也能实现湍流定量。