各向同性湍流中能量级联的相干结构

能量级联，即动能从大尺度流向小尺度流动运动的传递，自20世纪40年代以来一直是湍流理论与模型的基石。然而，对能量传递空间组织的理解一直难以捉摸。在本工作中，我们回答了一个问题：剧烈能量传递区域周围的特征流动模式是什么？为此，我们利用各向同性湍流的数值数据，研究惯性范围内能量级联的三维空间结构。我们的发现表明，前向能量传递事件主要局限于由两个不同高涡量区之间产生的高应变率区域中。平均而言，这些区域以两个方向相反的类发夹形状呈现。在与事件局部参考系中观察时，与能量传递相关的平均速度场呈现出鞍点拓扑结构。分析还表明，级联的主要驱动机制涉及应变率自放大，其负责85%的能量传递，而涡管拉伸所占不到15%。