由侧壁驱动的准二维 MHD 流中向湍流的转捩

本稿件已被 Physical Review Fluids 接受发表，见 https://journals.aps.org/prfluids/accepted/d5074S28J6b11905012b7cb06505e8f2149dd5f20。本研究探讨了一个三维域中流向湍流转捩的潜在机制，该域中出平面方向流动量的变化远弱于任意平面内变化。这是通过使用带移动侧壁和正交磁场的管道中准二维磁流体动力学流模型实现的。在此环境中，高度三维的常规亚临界湍流路径被禁止。为阐明准二维湍流转捩中剩余的机制，我们改变磁场强度和基流中的反对称程度（后者通过管道侧壁的相对运动实现）。向基流引入任意程度的反对称使得临界雷诺数趋于无穷，因为 TS 不稳定性具有相反的旋转符号并发生相消干涉。然而，增强的磁场强度限制了不稳定性之间的相互作用，从而允许有限的临界雷诺数。瞬态增长仅微弱依赖于基流，对于摩擦参数 $H \gtrsim 30$ 差异可忽略。以随机噪声初始化的直接数值模拟表明：对于 $H \leq 1$，超临界指数增长导致饱和而非湍流；对于较高的 $3 \leq H \leq 10$，发生湍流转捩并在 $H=10$ 时维持；对于 $H \geq 30$，湍流转捩仍会发生但短暂，因为湍流态迅速崩溃。此外，对于 $H \geq 3$，识别出一个惯性子区，扰动能量呈现关于波数的 $-5/3$ 幂律依赖。