｛讨论｝湍流级联的根源

isotropic

以下问题：
1.能量级联一定是逐级从大尺度到最小尺度进行传递的么？有否可能直接从最大尺度向最小尺度进行传递？
2.能量级联的数学和物理根源是什么？
3.backscatter产生的原因是什么？这个似乎从直观上很难理解。

caiqd

[ADMINOPE=周华|caiqd|威望由 2 增加至 3|加一分。|1149135964]这是一个非常大的问题，其本质已经触及到湍流最深层次，涉及到对湍流物理的基本认识。经典的Kolmogorov理论认为，湍流能量是从大尺度向小尺度传递的，最后在小尺度耗散掉。容易理解，小尺度受区域的几何形状的影响比较小，从而更有可能具有普适性。各种湍流模式的建立都是基于这种观点。然而，在直接数值模拟和关于模式的理论分析中，早就发现，不是这么一回事，因此，也就很难找到一种普适的模式理论。能量级串的本质是非线性效果，这是毫无疑问的，因为在线性系统中，不存在这种级串过程。在实验和直接数值模拟中，也早就发现了能量的逆级串效应，即能量会从小尺度传递到大尺度，在二维湍流中(一薄层流体，肥皂膜等系统)，这种所谓的逆级串效果更明显。能量传递到大尺度后，会使问题变得复杂，因为大尺度运动和流场的几何形状及其它宏观条件密切相关，积聚在大尺度的能量如何的耗散过程更不可能具有普适性。关于其产生愿意，可以向你推荐一篇最近的关于二维湍流逆级串的文章，早期的观点认为逆级串的原因是旋涡的合并(直观上似乎是这样，两个小涡合并成大涡，小尺度结构变成了大尺度)，但新的研究发现，旋涡合并所引起的能量传递只占总能量流的千分之一，说明能量的逆级串还有其它的来源，流场的剪切使得旋涡变形，这个效果更重要，关键是此过程在流场中处处在发生，而对于有大量旋涡的系统，参与合并的旋涡只占总旋涡数的百分之五左右。这是一个新观点，还没有被广泛接受，读一下相关的文献，自己判断吧。

flowermoon

关于二维湍流:
http://www.lasg.ac.cn/cgi-bin/forum/topic.cgi?forum=12&topic=180  

legolasGG

agree with caiqd, in ocean turbulence, the energy cascasde goes both ways.
legolasGG

lcw

我们知道湍能产生率越大，流场中的湍动能越大，
反过来，能否说流场某处的湍动能大，就说明该处的湍能产生率也大呢？

caiqd

我觉得，湍动能的大小和湍动能产生率大小严格说来，没有直接的依赖关系。空间某处湍动能的来源可以是输运和产生两个机制。一定可以找到这样的例子，A处的产生率比B处大，但A处的湍动能比B处小，在对流强的流场中，应该容易找到这样的情况。当然，就更不能说湍动能大的地方产生率大了。

lcw

[ADMINOPE=周华|lcw|威望由 6 增加至 7|加分！|1149136188]实际问题中，一般可以用LDV测量出湍流脉动速度的大小，可以得到湍动能，而湍能产生率无法直接测量出来，如果考虑对流和扩散作用，这种对流和扩散的强度如何估计？是不是湍能产生率的大小只有通过数值计算才能得到和分析呢？
我感觉，一般地分析，根据湍动能方程，方程右端的湍能产生率大，就会导致左端的湍动能也大，关键是对流和扩散的影响不好考虑。？？？

caiqd

对实验不太熟悉，直观感觉，湍动能和湍动能产生率都不能直接测量，都是首先测量若干瞬时速度场后，再通过后期处理，得到平均场，进而得到脉动场后，根据平均场和脉动场，计算出湍动能及其产生率。
湍动能大小和产生率的关系好有一比，把湍动能比为一个人口袋里的钱，产生率比为其工资收入(可以是负值，当是做生意赔钱了)，对流比为其借贷情况（有进有出），一般情况下，当然是收入多的人，口袋里钱会多，但这显然不是绝对的。

nest

[ADMINOPE=周华|nest|威望由 0 增加至 1|加分！|1149136333]二维湍流在现实中是不会存在的，我们所处的物理空间是三维的。一薄层流体，肥皂膜等系统也不是二维的。以肥皂膜为例，它的表面张力的存在是影响其流动特性的一个重要因素。用二维模型解释的级联等许多结论与三维情形是不同的，有的是完全相反的

bo-bo

数值模拟采用了很多离散方式，因此，计算的结果与理论有很大的出入，数值模拟一般只是满足工程需要的结果,至于本质只能从试验和理论去入手