小雷诺数下气泡流的速度脉动

我们实验研究了雷诺数(Re)对小雷诺数下静止牛顿流体中气泡运动所诱发湍流的影响。利用粒子图像测速(PIV)技术，我们获得了气泡群后方衰减湍流的能谱$E(k)$。结果表明，当Re $\sim$ $O$(100)时，归一化能谱的斜率不再独立于气体体积分数，且$k^{-3}$子区间显著变窄，其中$k$为波数。这一结论通过气泡群后方的二阶纵向速度结构函数和速度矢量的空间相关性得到了进一步证实。当气泡雷诺数进一步降低至($O(1) <$ Re $< O(10)$)时，气泡诱发湍流能谱的特征$k^{-3}$标度被$k^{-5/3}$标度所取代。因此，我们为\citet{mazzitelli2003effect}的论断提供了实验证据：在低雷诺数下，由于缺乏气泡尾流，气泡诱发湍流的归一化能谱将不再呈现$k^{-3}$标度，且能谱将依赖于气泡数量，因此不具有普适性。