湍流场中涡线单元的结构分析
Abstract
与描述湍流速度场的流线管单元 [Wang L. On properties of fluid turbulence along streamlines. J Fluid Mech, 2010, 648: 183–203]的思想类似, 为了描述湍流涡矢量场的结构, 我们提出了一种新的结构分析方法, 即涡线单元, 可以用单元尺度和极值点涡量差值来表征. 涡线单元与常用的涡管结构的不同可以概括为: 涡线单元结构可以定量描述, 并且是全空间填充的. 在理论上这两个条件是保证我们可以将涡线单元的结构分析与全流场统计规律联系起来的必要前提, 帮助理解和重构湍流涡量场. 根据直接数值模拟数据, 我们研究了涡线单元的统计与结构特性, 包括尺度与手性等. 根据涡线单元结构可以定量表征精细的条件统计, 例如发现涡相关的动力学参数(例如拟涡能耗散率和涡拉伸率)强烈依赖于基于涡线单元结构的条件统计. 这样一种结构分析方法为深入研究湍流场提供了新的手段.
