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      螺旋旋轉湍流中能量/螺旋度聯合輸運機制研究新進展

      作者:于長平 2022-08-17 09:51 來源:
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      螺旋度作為三維湍流中唯一的具有手性的二階無粘不變量,是湍流拓撲結構的定量表征,在湍流的演化中扮演著重要角色。自然界的旋轉流動經常伴隨著高的螺旋度,旋轉與螺旋度的耦合效應在葉輪機械等工業領域具有重要的研究及應用價值。

      中科院力學所空天飛行器流動數值模擬課題組近期在旋轉湍流的基礎上引入了螺旋度,研究了能量與螺旋度的尺度輸運效應。該工作系統地分析了能量與螺旋度輸運的守恒性與對稱性,提出了譜空間螺旋度輸運的新的理論表達式,推導并證明了其與傳統表達式的區別與聯系,并給出了一系列的定量關系。研究發現螺旋度會對旋轉導致的能量反向級串產生明顯抑制效應,這是該現象的首次發現。此外,通過對螺旋度輸運的理論分析發現了螺旋度手性極化等現象的新物理機制。該工作不僅深化了螺旋度與旋轉效應在湍流演化中的耦合作用理論,而且拓展了螺旋度尺度分析在復雜湍流研究中的應用。

      圖1 譜空間的尺度分割與角度分割

      圖2 流動結構示意圖.(a)無螺旋度無旋轉;(b)無螺旋度有旋轉;(c)滿螺旋度有旋轉;(d)滿螺旋度弱旋轉

      該工作以“Transfers of energy and helicity in helical rotating turbulence” 為題發表在Journal of Fluid Mechanics雜志。該論文第一作者是中科院力學所碩士研究生胡潤寧同學, 通訊作者為于長平副研究員,合作者李新亮研究員。該研究得到了國家重點研發計劃(2019YFA0405300,2020YFA0711800)和國家自然科學基金項目(91852203,12072349)的支持。

      論文鏈接:https://doi.org/10.1017/jfm.2022.580

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