Nature Physics 速递：湍流如何产生和演化？涡环生成孤立湍流团
2023-05-23
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关键词：湍流，流体力学，随机过程
论文题目：Creation of an isolated turbulent blob fed by vortex rings
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-023-02052-0
湍流是什么？它是遍布所有尺度的无序，大涡破碎成小涡，小涡破碎成更小漩涡；它是不稳定的；它是高耗散的；它是失去稳定性的运动。但流体的流动究竟如何从平稳变成紊乱？
湍流（turbulence）不止是湍急的河流，还包括滚滚风暴云，它是指流体（如水和空气）可能发生的、看似随机的压力和速度变化，在自然界中随处可见。
在过去的实验中，人们常用诸如管道或旋转盘结构的边缘处出现的流体来产生湍流，但这些边界让我们难以理解湍流是如何形成的，以及如果没有约束，它将如何演变？
最近发表在 Nature Physics 的一篇文章发明了一种方法，可以产生和维持远离边界的湍流。研究者们用基本构件——涡环（vortex rings）建立并控制了一个封闭的湍流状态，方法是通过水箱壁上的开口吸水。然后，这些环会移动到水箱的中心，像乐高积木一样联合收割在一起，形成一个自约束的湍流团。此方法不仅可以定位和局部化湍流，而且可以操纵和利用它。
图2. 由于八个涡环反复碰撞，出现了两个相：相干重联和湍流的受限状态。
图3. 螺旋环的反复碰撞以受控的方式将螺旋度转化为湍流。
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