RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2022

 / 

Февраль

←  →

Методические заметки


Сжимаемые вихревые структуры и их роль в зарождении гидродинамической турбулентности

†  а, б, ‡  б, в, г, §  д, *  б, е
а Институт океанологии им. ПП Ширшова РАН, ул.Красикова 23, Москва, 117218, Российская Федерация
б Сколковский институт науки и технологий, Территория Инновационного Центра  Сколково , Большой бульвар 30, стр.1, Москва, 121205, Российская Федерация
в Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация
г Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН, ул. Косыгина 2, Москва, 119334, Российская Федерация
д Instituto de Matemática Pura e Aplicada, Estrada Dona Castorina 110, Rio de Janeiro, CEP 22460-320, Brasil
е Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090, Российская Федерация

Представлены результаты исследований зарождения квазидвумерных (в виде тонких блинов) вихревых структур в трёхмерных течениях и сужающихся квазиодномерных структур в двумерной гидродинамике при больших числах Рейнольдса, когда в главном порядке развитие этих структур может быть соответственно описано трёхмерными и двумерными уравнениями Эйлера идеальной несжимаемой гидродинамики. Численно и аналитически показано, что сжатие этих структур и соответственно увеличение их амплитуд обязано сжимаемости вмороженных полей — поля непрерывно распределённых вихревых линий в случае трёхмерной гидродинамики и поля линий ротора завихренности (di-vorticity) для двумерных течений. Выяснено, что рост завихренности и ротора завихренности можно рассматривать как процесс опрокидывания соответствующих векторных полей; при больших интенсивностях этот процесс имеет скейлинговый характер колмогоровского типа, связывающий максимальную амплитуду и соответствующие толщины/ширины структур. Проанализирована возможная связь этих когерентных структур в формировании колмогоровского спектра турбулентности и спектра Крейчнана, соответствующего постоянному потоку энстрофии в случае двумерной турбулентности.

Текст pdf (1,2 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038875
Ключевые слова: вихревые линии, завихренность, опрокидывание, турбулентность, вмороженные поля
PACS: 47.10.−g, 47.27.−i, 47.32.−y (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038875
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/2/d/
000805351300005
2-s2.0-85129834016
2022PhyU...65..189A
Цитата: Агафонцев Д С, Кузнецов Е А, Майлыбаев А А, Серещенко Е В "Сжимаемые вихревые структуры и их роль в зарождении гидродинамической турбулентности" УФН 192 205–225 (2022)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 31 августа 2020, 18 ноября 2020

English citation: Agafontsev D S, Kuznetsov E A, Mailybaev A A, Sereshchenko E V “Compressible vortex structures and their role in the onset of hydrodynamic turbulence” Phys. Usp. 65 189–208 (2022); DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038875

Список литературы (75) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (3) Похожие статьи (20)

  1. Richardson L F Proc. R. Soc. Lond. A 110 709 (1926)
  2. Колмогоров А Н ДАН СССР 30 299 (1941); Пер. на англ. яз., Kolmogorov A N Proc. R. Soc. Lond. A 434 9 (1991)
  3. Обухов А М ДАН СССР 32 22 (1941)
  4. Zakharov V E, L'vov V S, Falkovich G Kolmogorov Spectra of Turbulence. I Wave Turbulence (Berlin: Springer, 1992)
  5. Zakharov V E Stud. Appl. Math. 122 219 (2009)
  6. Suret P, Picozzi A, Randoux S Opt. Exp. 19 17852 (2011)
  7. Picozzi A at al. Phys. Rep. 542 1 (2014)
  8. Walczak P, Randoux S, Suret P Phys. Rev. Lett. 114 143903 (2015)
  9. Agafontsev D S, Zakharov V E Nonlinearity 28 2791 (2015)
  10. Agafontsev D S, Zakharov V E Nonlinearity 29 3551 (2016)
  11. Gelash A A, Agafontsev D S Phys. Rev. E 98 042210 (2018)
  12. Agafontsev D S, Randoux S, Suret P Phys. Rev. E 103 032209 (2021)
  13. Захаров В Е, Кузнецов Е А УФН 182 569 (2012); Zakharov V E, Kuznetsov E A Phys. Usp. 55 535 (2012)
  14. Захаров В Е, Кузнецов Е А УФН 167 1137 (1997); Zakharov V E, Kuznetsov E A Phys. Usp. 40 1087 (1997)
  15. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Гидродинамика (М.: Наука, 1986); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Fluid Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 1987)
  16. Арнольд В И Математические методы классической механики (М.: Наука, 1979); Пер. на англ. яз., Arnold V I Mathematical Methods in Classical Mechanics (New York: Springer-Verlag, 1989)
  17. Kuznetsov E A, Mikhailov A V Phys. Lett. A 77 37 (1980)
  18. Moreau J J C.R. Hebdomadaires S 252 2810 (1961)
  19. Moffatt H K J. Fluid Mech. 35 117 (1969)
  20. Арнольд В И УМН 24 225 (1969)
  21. Кузнецов Е А Письма в ЖЭТФ 76 406 (2002); Kuznetsov E A JETP Lett. 76 346 (2002)
  22. Yakubovich E I, Zenkovich D A Progress in Nonlinear Science: International Conference Dedicated to the 100th Anniversary of A.A. Andronov Vol. 2 (Ed. A G Litvak) (Nizhny Novgorod: Inst. of Applied Physics, Univ. of Nizhny Novgorod, 2002) p. 282; Yakubovich E I, Zenkovich D A physics/0110004
  23. Frisch U, Villone B Eur. Phys. J. H 39 325 (2014)
  24. Кузнецов Е А, Рубан В П Письма в ЖЭТФ 67 1015 (1998); Kuznetsov E A, Ruban V P JETP Lett. 67 1076 (1998)
  25. Кузнецов Е А, Рубан В П ЖЭТФ 118 893 (2000); Kuznetsov E A, Ruban V P JETP 91 775 (2000)
  26. Арнольд В И Теория катастроф (М.: Знание, 1981); Пер. на англ. яз., Arnold V I Catastrophe Theory (Berlin: Springer-Verlag, 1984)
  27. Yakubovich E I, Zenkovich D A J. Fluid Mech. 443 167 (2001)
  28. Kuznetsov E A J. Nonlin. Math. Phys. 13 64 (2006)
  29. Brachet M E et al J. Fluid Mech. 194 333 (1988)
  30. Weiss J Physica D 48 273 (1991)
  31. Kuznetsov E A et al Phys. Fluids 19 105110 (2007)
  32. Hasimoto H J. Fluid Mech. 51 477 (1972)
  33. Захаров В Е, Тахтаджян Л А ТМФ 38 26 (1972); Zakharov V E, Takhtadzhyan L A Theor. Math. Phys. 38 17 (1979)
  34. Chae D Handbook of Differential Equations: Evolutionary Equations Vol. 4 (Eds C M Dafermos, M Pokorny) (Oxford: Elsevier, 2008) p. 1
  35. Gibbon J D Physica D 237 1894 (2008)
  36. Agafontsev D S, Kuznetsov E A, Mailybaev A A Phys. Fluids 27 085102 (2015)
  37. Агафонцев Д С, Кузнецов Е А, Майлыбаев А А Письма в ЖЭТФ 104 695 (2016); Agafontsev D S, Kuznetsov E A, Mailybaev A A JETP Lett. 104 685 (2016)
  38. Agafontsev D S, Kuznetsov E A, Mailybaev A A J. Fluid Mech. 813 R1 (2017)
  39. Brachet M E et al Phys. Fluids A 4 2845 (1992)
  40. Агафонцев Д С, Кузнецов Е А, Майлыбаев А А Письма в ЖЭТФ 110 106 (2019); Agafontsev D S, Kuznetsov E A, Mailybaev A A JETP Lett. 110 121 (2019)
  41. Kuznetsov E A, Passot T, Sulem P L Phys. Plasmas 11 1410 (2004)
  42. Kuznetsov E A J. Fluid Mech. 600 167 (2008)
  43. Shandarin S F, Zeldovich Ya B Rev. Mod. Phys. 61 185 (1989)
  44. Гурбатов С Н, Саичев А И, Шандарин С Ф УФН 182 233 (2012); Gurbatov S N, Saichev A I, Shandarin S F Phys. Usp. 55 223 (2012)
  45. Kuznetsov E A, Sereshchenko E V Письма в ЖЭТФ 102 760 (2015)
  46. Кузнецов Е А, Серещенко Е В Письма в ЖЭТФ 105 70 (2017); Kuznetsov E A, Sereshchenko E V JETP Lett. 105 83 (2017)
  47. Кудрявцев А Н, Кузнецов Е А, Серещенко Е В Письма в ЖЭТФ 96 783 (2012); Kudryavtsev A N, Kuznetsov E A, Sereshchenko E V JETP Lett. 96 699 (2012)
  48. Кузнецов Е А Научная школа "Нелинейные волны 2016" Нижний Новгород, 27 февраля - 4 марта 2016, лекция; Агафонцев Д С, Кузнецов Е А, Майлыбаев А А Нелинейные волны 2016 (Отв. ред. A M Сергеев, А В Слюняев) (Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2017) с. 304
  49. Кузнецов Е А Научная школа "Нелинейные волны 2018", Нижний Новгород, 26 февраля - 4 марта 2018, лекция; Кузнецов Е А и др Нелинейные волны 2018 (Отв. ред. A Г Литвак, А В Слюняев) (Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2019) с. 238
  50. Salmon R Annu. Rev. Fluid Mech. 20 225 (1988)
  51. Kuznetsov E A, Ruban V P Phys. Rev. E 61 831 (2000)
  52. Agafontsev D S, Kuznetsov E A, Mailybaev A A Phys. Fluids 30 095104 (2018)
  53. Frisch U Turbulence: The Legacy of A.N. Kolmogorov (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995); Пер. на русск. яз., Фриш У Турбулентность. Наследие А.Н. Колмогорова (М.: Фазис, 1998)
  54. Orlandi P, Pirozzoli S Theor. Comput. Fluid Dyn. 24 247 (2010)
  55. Holm D D, Kerr R M Phys. Rev. Lett. 88 244501 (2002)
  56. Cichowlas C et al Phys. Rev. Lett. 95 264502 (2005)
  57. Holm D D, Kerr R M Phys. Fluids 19 025101 (2007)
  58. Brachet M E et al Phys. Fluids A 4 2845 (1992)
  59. Ishihara T, Gotoh T, Kaneda Y Annu. Rev. Fluid Mech. 41 165 (2009)
  60. Gotoh T, Fukayama D, Nakano T Phys. Fluids 14 1065 (2002)
  61. Зыбин К П, Сирота В А УФН 185 593 (2015); Zybin K P, Sirota V A Phys. Usp. 58 556 (2015)
  62. Kraichnan R H Phys. Fluids 10 1417 (1967)
  63. Boffetta G, Ecke R E Annu. Rev. Fluid Mech. 44 427 (2012)
  64. Lilly D K J. Fluid Mech. 45 395 (1971)
  65. Saffman P G Stud. Appl. Math. 50 377 (1971)
  66. Кадомцев Б Б, Петвиашвили В И ДАН СССР 208 794 (1973); Kadomtsev B B, Petviashvili V I Sov. Phys. Dokl. 18 115 (1973)
  67. Кузнецов Е А Письма в ЖЭТФ 80 92 (2004); Kuznetsov E A JETP Lett. 80 83 (2004)
  68. Wolibner W Math. Z. 37 698 (1933)
  69. Kato T Arch. Rational Mech. Anal. 25 188 (1967)
  70. Юдович В И Журн. вычислительной математики и математической физики 3 1032 (1963); Yudovich V I USSR Comput. Math. Math. Phys. 3 01407 (1963)
  71. Kuznetsov E A et al Theor. Comput. Fluid Dyn. 24 253 (2010)
  72. Кузнецов Е А, Серещенко Е В Письма в ЖЭТФ 109 231 (2019); Kuznetsov E A, Sereshchenko E V JETP Lett. 109 239 (2019)
  73. Falkovich G, Lebedev V Phys. Rev. E 83 045301 (2011)
  74. Parker E N Astrophys. J. 138 552 (1963)
  75. Кузнецов Е А, Михайлов Е А ЖЭТФ 158 561 (2020); Kuznetsov E A, Mikhailov E A J. Exp. Theor. Phys. 131 496 (2020)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение