旋转均匀湍流的结构与衰减

通过高分辨率直接数值模拟(DNS)研究了受刚体旋转影响的纳维-斯托克斯湍流，包括自由衰减流和定常流。考虑了以不同罗斯比数为特征的设置。与实验结果一致，发现强旋转导致直接非线性能量通量的各向异性，该通量主要在旋转轴方向上被减弱。在衰减湍流中，动能的演化遵循一个近似幂律，衰减指数对旋转频率有显著的依赖性。一个简单的指数与旋转速率之间的唯象关系再现了这一观测结果。由大尺度强迫驱动的定常湍流在垂直于旋转轴的一维能谱的旋转主导惯性区内表现出$k_\perp^{-2}$标度。自相似标度被证明是各个谱贡献的累积结果，对于低旋转速率，这些贡献在$k_\parallel=0$平面附近显示出$k_\perp^{-3}$标度。提出了一种包含旋转对能量级联修正的唯象模型。在观测到的状态下，非线性湍流相互作用受到旋转的强烈影响但未被抑制。垂直于旋转轴测量的纵向两点速度结构函数表明流动的$k_\parallel=0$（二维）分量具有弱间歇性，而$k_\parallel\neq 0$（三维）涨落的间歇标度被一个修正的She-Lévêque间歇模型很好地捕捉，该模型给出了结构函数标度指数$\zeta_p=p/6 + 2(1-(2/3)^{p/2})$的表达式。