快速旋转流体中慢速旋转搅拌器驱动流场的二维化

我们表征了在罗斯贝数 $Ro=\omega/\Omega$ 低至 $10^{-2}$ 时，由以速率 $\omega$ 旋转的搅拌器在以速率 $\Omega$ 绕同一轴旋转的流体中产生的湍流流的二维化过程。该流场可描述为大尺度垂直不变的全局旋转与从搅拌器叶片分离的小尺度剪切层的叠加。随着 $Ro$ 减小，大尺度流场受到方位角调制。在此机制下，剪切层可描述为随叶片传播的惯性波尾流，源于非轴对称大尺度流与叶片旋转之间的速度差。在低罗斯贝数下，这些尾流定义明确且稳定，但在 $Ro$ 约为 1 时变得无序。该实验为理解由非轴对称旋转力驱动的流场在背景旋转诱导下走向纯二维化的路径提供了见解。