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Nature physics: 用涡环产生湍流

目前，大多数研究湍流的试验，都是使用壁面剪切诱发湍流，对其统计和结构特征进行研究。涡环作为一种经典且简洁的漩涡结构，被该文章的作者用来创造并维持复杂的湍流，通过对涡环的控制，进一步实现对湍流的控制。试验装置如图1所示，在一个立方体容器的八个拐角处，均设置有涡环发生器，通过控制涡环发生器的形状、频率等产生系列涡环，在立方体的中心相互作用产生湍流。视频1给出了多涡环相互作用的流动显示。
Nature physics: 用涡环产生湍流
图1 试验装置示意图以及多涡环之间相互演化示意图

涡环相互作用产生湍流的特征性质

Nature physics: 用涡环产生湍流

图2展示了八个涡环相互碰撞产生湍流的试验结果。其中子图 (a-d) 是涡环发生频率为0.2 Hz结果，该工况，涡环产生频率较低，涡环之间相互作用呈现出相干结构重构过程，(a)为使用拉格朗日粒子追踪法展示的流动可视化结果，(b)为时均能量分布，(c)为时均熵分布，(d)为空间平均的能量和熵分布。子图(e-h)是涡环发生频率为5Hz结果。可以发现当涡环发生频率较低时，涡环之间会相互诱导并重连，随后逐渐耗散，而当涡环发生频率较高时，在中心区域会产生各向同性的湍流区域。

Nature physics: 用涡环产生湍流图2 八个涡环相互碰撞产生湍流的试验结果，根据涡环产生的频率不同分为两个过程：相干结构重连(a-d)和局部湍流态(e-h)

参考文献

Nature physics: 用涡环产生湍流

Matsuzawa, Takumi, et al. “Creation of an isolated turbulent blob fed by vortex rings.” Nature Physics (2023): 1-8.

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