三维流体湍流中大尺度的统计平衡偏离
摘要：强迫耗散三维均匀各向同性湍流在真实分离空间的较大尺度上，我们研究其统计稳定状态。在较大的分离距离上，纵向速度差的概率密度函数（PDFs）接近但偏离高斯分布，通过其非零奇异部分进行测量。在假设强迫控制大尺度动力学的情况下，我们提出了与科尔莫戈洛夫的惰性范围相对的共轭范围，独立于强制尺度，以捕捉PDFs的奇异部分。从K''arm''an-Howarth-Monin方程导出的三阶纵向结构函数的解析表达式证明了较大分离距离下速度差的奇异部分PDFs很小但不为零，并显示奇次阶纵向结构函数具有普遍幂律衰减，衰减指数为$-2$，无论强制形式如何，在分离趋向无穷时都成立，暗示了大尺度和小尺度之间的显著耦合。因此，大尺度动力学脱离了绝对平衡，我们可以在不显式解析小尺度动态的情况下部分恢复小尺度信息。统计平衡的偏离被量化，并且被发现与粘性无关。尽管这种偏离很小，但它是显著的，在研究强迫的三维均匀各向同性湍流的大尺度时应予以考虑。
作者：Mengjie Ding, Jin-Han Xie and Jianchun Wang
论文ID：2308.15292
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-30