Temporal dynamics of the alignment of the turbulent stress and strain rate
Temporal dynamics of the alignment of the turbulent stress and strain rate
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湍流应力和应变率对齐的时间动力学
DOI：
10.1103/physrevfluids.5.114606
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发表时间：
2020
影响因子：
2.7
通讯作者：
Ouellette, Nicholas T.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ballouz, Joseph G.;Johnson, Perry L.;Ouellette, Nicholas T.
湍流中尺度之间的能量通量可以看作是湍流应力和应变率之间相互作用的结果。有效的能量转移要求这两个张量相对于彼此正确定向，但以前的工作表明它们之间的瞬时对准很差。在这里，我们认为这种对齐的时间动态的各向同性湍流的直接数值模拟。我们表明，应力的方向滞后于应变率，无论是在一个单一的位置和沿着轨迹。然而，在这些情况下的应力的重新定向的时间尺度不遵循预期的动态缩放与长度尺度。为了捕捉适当的动力学标度，我们重新制定的尺度之间的能量通量使用的权利柯西-格林应变张量和第二皮奥拉-基尔霍夫应力张量。我们的研究结果突出了能量级联物理中流体元素变形所起的关键作用，并表明它们的不可逆变形是级联的时间反演对称性破缺的拉格朗日表现。
The flux of energy between scales in turbulence can be cast as the result of the interaction between a turbulent stress and a rate of strain. Efficient energy transfer requires that these two tensors be oriented properly relative to each other, but previous work has shown that the instantaneous alignment between them is poor. Here, we consider the temporal dynamics of this alignment in a direct numerical simulation of isotropic turbulence. We show that the orientation of the stress lags behind that of the strain rate, both at a single location and along trajectories. However, the timescale of the reorientation of the stress in these cases does not follow the expected dynamical scaling with length scale. To capture the proper dynamical scaling, we reformulate the energy flux between scales using the right Cauchy-Green strain tensor and the second Piola-Kirchhoff stress tensor. Our results highlight the key role played by the deformation of fluid elements in the physics of the energy cascade, and suggest that their irreversible deformation is a Lagrangian manifestation of the cascade's broken time-reversal symmetry.
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影响因子：
8.6
作者：
L. Fang;N. Ouellette
通讯作者：
L. Fang;N. Ouellette
DOI：
10.1073/pnas.1321682111
发表时间：
2014-05
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
--
作者：
Haitao Xu;A. Pumir;G. Falkovich;E. Bodenschatz;M. Shats;H. Xia;N. Francois;G. Boffetta
通讯作者：
Haitao Xu;A. Pumir;G. Falkovich;E. Bodenschatz;M. Shats;H. Xia;N. Francois;G. Boffetta
DOI：
--
发表时间：
1932
期刊：
影响因子：
--
作者：
G. Taylor
通讯作者：
G. Taylor
湍流大气边界层中速度梯度和亚网格尺度通量的对齐趋势
DOI：
--
发表时间：
2003
期刊：
影响因子：
--
作者：
C. Higgins;M. Parlange;C. Meneveau
通讯作者：
C. Meneveau
湍流剪切流中应变率和旋转之间的对齐的尺度依赖性
影响因子：
2.7
作者：
Fiscaletti D
通讯作者：
Fiscaletti D