Statistical properties of homogeneous and isotropic turbulence in He II measured via particle tracking velocimetry
Statistical properties of homogeneous and isotropic turbulence in He II measured via particle tracking velocimetry
复制标题
通过粒子跟踪测速测量 He II 中均匀和各向同性湍流的统计特性
DOI：
10.1103/physrevfluids.5.084602
复制
发表时间：
2020
影响因子：
2.7
通讯作者：
Guo, Wei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tang, Yuan;Bao, Shiran;Kanai, Toshiaki;Guo, Wei
尽管超流氦-4(He-4)是一个量子双流体系统，但当流体是由机械作用力产生时，人们观察到它的行为类似于经典流体。考虑到He II的运动粘性较小，这种相似性提出了利用He II研究高雷诺数经典湍流的可行性。然而，有人认为，He II在小尺度上的非经典耗散机制可能会改变其湍流统计特性和间歇性。在这项工作中，我们报道了我们在He II中用拖曳网格产生的近均匀各向同性湍流(HIT)的研究。我们以固化的氘粒子为示踪剂，用粒子跟踪测速仪测量了速度场。通过关联在不同粒子轨迹上或沿同一粒子轨迹的不同时间同时测量的速度，我们能够同时进行欧拉流和拉格朗日流分析。通过欧拉分析得到的空间速度结构函数在惯性子范围内表现出与经典HIT相似的标度行为，但间歇性增强。拉格朗日分析使我们能够研究低至耗散长度尺度以下的流动统计。有趣的是，在这个区域中观察到了与经典标度行为的反常偏差。我们讨论了这些偏差如何与He II中超流分量中量子化涡旋的运动有关。
Despite being a quantum two-fluid system, superfluid helium-4 (He II) is observed to behave similarly to classical fluids when a flow is generated by mechanical forcing. This similarity has brought up the feasibility of utilizing He II for high Reynolds number classical turbulence research, considering the small kinematic viscosity of He II. However, it has been suggested that the nonclassical dissipation mechanism in He II at small scales may alter its turbulent statistics and intermittency. In this work, we report our study of a nearly homogeneous and isotropic turbulence (HIT) generated by a towed grid in He II. We measure the velocity field using particle tracking velocimetry with solidified deuterium particles as the tracers. By correlating the velocities measured simultaneously on different particle trajectories or at different times along the same particle trajectory, we are able to conduct both Eulerian and Lagrangian flow analyses. Spatial velocity structure functions obtained through the Eulerian analysis show scaling behaviors in the inertial subrange similar to that for classical HIT but with enhanced intermittency. The Lagrangian analysis allows us to examine the flow statistics down to below the dissipation length scale. Interestingly, abnormal deviations from the classical scaling behaviors are observed in this regime. We discuss how these deviations may relate to the motion of quantized vortices in the superfluid component in He II.
登录
查看更多内容
逆流超流体中圆柱体周围的大规模湍流4He (He (II))
影响因子：
19.6
作者：
Tao Zhang;S. V. Van Sciver
通讯作者：
S. V. Van Sciver
影响因子：
1.6
作者：
Gao, J.;Marakov, A.;Vinen, W. F.
通讯作者：
Vinen, W. F.
低温氦在经典流体动力学中的作用：基础研究和模型测试
影响因子：
--
作者：
K. Sreenivasan;R. Donnelly
通讯作者：
R. Donnelly
影响因子：
2.7
作者：
Mastracci, Brian;Guo, Wei
通讯作者：
Guo, Wei
使用 $$hbox {He}_2^*$$He2∗ 示踪线跟踪技术对超流 Helium-4 中的逆流湍流进行统计测量
影响因子：
2
作者：
J. Gao;E. Varga;W. Guo;W. Vinen
通讯作者：
W. Vinen