董思卫 程 诚 陈坚强 袁先旭 , 李伟鹏

1 中国空气动力研究与发展中心, 空气动力学国家重点实验室, 四川绵阳 621000 2 上海交通大学航空航天学院, 上海 200240

1 引 言

虽然Richardson (1920)一百年前提出的湍流级串模型就已经预示着湍流中存在着多尺度和自相似的“湍流涡”(eddy)或者流动结构, 但直到斯坦福大学Kline 等 (1967)在实验中发现速度条带及伴随的猝发现象, 人们才真正认识到无序的湍流中存在“有序”的流动结构, 即拟序结构. 伴随着实验技术和高性能计算的发展, 拟序结构得到了人们越来越多的关注. 人们发现了诸如马蹄涡、速度条带、剪切层、上抛(ejections)和下扫(sweeps)等多种拟序结构(Robinson 1991; Adrian 2007; Jiménez 2012, 2018a;Wallace 2012; 许春晓 2015;郑晓静和王国华 2020), 这些结构极大地拓展了人们对湍流的认识.

湍流是一个在时间和空间上都存在很强间歇性的动力学过程, 李存标教授基于对转捩动力学过程的研究强调了从动力学角度研究湍流的重要性, 以级串现象为例, 他认为学术界对级串一直缺乏深入认识的根本原因是人们对湍流的动力学过程认识不足(李存标和佘振苏 2001). 实际上, 人们对拟序结构的研究一开始是从动力学角度出发的, 因为人们在湍流实验中首次观察到低速条带时就发现了它的准周期猝发过程, 即条带的抬升、振荡、破碎和再生. 即便如此, 相比于湍流的运动学特征, 人们对湍流动力学过程方面的研究要少很多, 且大多数研究往往基于被广为诟病的唯象性描述.

湍流的无序性要求必须从统计……