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间歇湍流的分数阶动力学
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O357.53[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海-气实验室,北京100871
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:40975027)资助的课题.
中文摘要:

间歇湍流意味着湍流涡旋并不充满空间,其维数介于2和3之间.湍流扩散为超扩散,且概率密度分布具有长尾特征.本文将流体力学的Navier.Stokes(NS)方程中的黏性项用分数阶的拉普拉斯算子表达.分析表明,分数阶拉普拉斯的阶数α和间歇湍流的维数D相联系.对于均匀各向同性的Kolmogorov湍流α=2,即用整数阶NS方程描述.而对于间歇性湍流,一定用分数阶的NS方程来描述.对于Kolmogorov湍流,扩散方差正比于t3,即Richardson扩散.而对于间歇性湍流,扩散方差要比Richardson扩散更强.

英文摘要:

Intermittent turbulence means that the turbulence eddies do not fill the space completely, so the dimension of an intermittent turbulence takes the values between 2 and 3. Turbulence diffusion is a super-diffusion, and the probability of density function is fat-tailed. In this paper, the viscosity term in the Navier-Stokes equation will be denoted as a fractional derivative of Laplatian operator. Dimensionless analysis shows that the order of the fractional derivative α is closely related to the dimension of intermittent turbulence D. For the homogeneous isotropic Kolmogorov turbulence, the order of the fractional derivatives α = 2, i.e. the turbulence can be modeled by the integer order of Navier-Stokes equation. However, the intermittent turbulence must be modeled by the fractional derivative of Navier-Stokes equation. For the Kolmogorov turbulence, diffusion displacement is proportional to t3, i.e. Richardson diffusion, but for the intermittent turbulence, diffusion displacement is stronger than Richardson diffusion.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876