使用结构函数和滤波公式比较各向同性湍流中的局部能量级联速率
摘要：湍流流动中某个尺度为 $\ell$ 的地域局部湍能级联速率的两个常见定义是：（i）广义科尔莫哥洛夫-希尔方程（结构函数方法）中出现的立方速度差项，和（ii）子网格尺度湍能量输送方程中的子网格尺度能量通量项（滤波方法）。我们通过直接数值模拟等向湍流的数据，对这两个量进行了比较研究，雷诺数为1250。尽管过去观察到负的子网格尺度能量通量（反向散射）引发了对这种观察结果的解释和相关性的争议，但我们认为基于局部结构函数的级联速率定义的解释是明确的，因为它源于尺度空间中的散度项。我们使用条件平均法来探究局部级联速率与局部滤波粘性耗散率以及滤波速度梯度张量特性（如其不变量）之间的关系。我们发现，在大尺度旋转速率强且大尺度应变率弱的情况下，存在统计上有力的逆级联证据。在“涡旋压缩”$R>0$，$Q>0$区域中观察到更强烈的逆级联，其中$R$和$Q$是速度梯度不变量。对于条件平均的子网格尺度能量通量也观察到类似的趋势，但量值上弱得多。流场可视化结果显示了一致的趋势，即空间上的逆级联事件似乎发生在大尺度涡旋内部，特别是当$R$值较大时的子区域内。
作者：H. Yao, M. Schnaubelt, A. Szalay, T. Zaki and C. Meneveau
论文ID：2307.10568
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-07-21