物理学 > 流体动力学
[提交于 2025年4月3日
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标题: 二维湍流凝聚体无底部拖曳
标题: Two-dimensional turbulent condensates without bottom drag
摘要: 统计平衡理论在驱动耗散动力学中的适用程度仍然是许多系统中的一个重要开放问题。 我们使用不可压缩二维(2D)纳维-斯托克斯方程的大量直接数值模拟,来研究在无底部阻力的情况下,有限雷诺数$Re$下二维湍流中大尺度凝聚体的稳态。 大尺度凝聚体出现在临界雷诺数$Re_c\approx 4.19$以上。 在接近这一阈值时,我们发现能量与$Re-Re_c$呈现幂律标度,大尺度的能量谱遵循Kraichnan提出的绝对平衡形式。 在较大的$Re$时,能量谱偏离此形式,在低波数处表现出陡峭的幂律范围,指数为$-5$,大部分能量耗散发生在大尺度的凝聚体中。 我们表明,这种谱指数与粘性饱和凝聚体的准线性理论预测的凝聚体涡旋的对数径向涡度分布是一致的。 我们的发现为有限区域内强制耗散二维流动中的经典大尺度湍流凝聚问题提供了新的见解,表明在弱湍流中大尺度接近平衡动力学,但在具有$Re\gg1$的强凝聚体区域则不然。
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