近日，《物理評論快報》（Physical Review Letters）發表了陳十一課題組題為“三維可壓縮湍流的動能級串”（Cascade of Kinetic Energy in Three-Dimensional Compressible Turbulence, Phys. Rev.Lett. 110, 214505,2013）的論文，報道了陳十一課題組有關可壓縮湍流中的能譜結構和能量級串機理的最新研究成果👩‍⚕️🚄。該研究工作在湍流與復雜系統國家重點實驗室陳十一教授和意昂体育平台應用物理與技術研究中心賀賢土院士的聯合指導下，由王建春博士、楊延濤博士等合作完成🙆🏿‍♂️。論文鏈接：http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.110.214505

可壓縮湍流廣泛存在於各種工程應用和自然現象中，如超聲速飛行器、受控熱核反應、高溫燃燒流動、星系的形成和演化等。近年來，高馬赫數可壓縮湍流的流動機理是湍流研究的一個熱點👩🏻‍🦼。在之前的研究成果基礎上（Phys. Rev. Lett. 108, 214505,2012; Phys. Rev. Lett. 110, 064503, 2013）📚，陳十一課題組通過高精度數值模擬😝，研究了可壓縮湍流的能量流動機理，將傳統的不可壓縮湍流能量級串理論推廣到了可壓縮湍流中，並論證了可壓縮湍流的能譜具有Kolmogorov的-5/3冪次律。研究結果表明，可壓縮湍流場的剪切模態和脹壓模態分別具有各自的能量級串行為💆🏿‍♂️；脹壓模態的能量級串過程要遠遠快於剪切模態的能量級串過程🏥。從而，剪切模態的能量在較小尺度上占主導地位👩‍🎤，並且具有類似不可壓縮湍流的Kolmogorov-5/3冪次律能譜。此外，課題組分析了可壓縮湍流場中的激波結構對流場能譜和能量流動的影響🐲。數值模擬和理論分析表明🧔‍♀️，在大尺度脹壓力驅動下，可壓縮湍流場中會出現大尺度激波結構，導致脹壓部分的能譜具有-2冪次律。通過條件平均發現，大尺度應力張量和亞格子應變張量在激波區域具有反向平行的關系，而且動能的局部亞格子流動和局部脹量的平方成線性關系，從而定量地揭示了激波對能量流動的促進作用📖。由於激波的存在🙏🏿，絕大部分動能從大尺度傳向小尺度，並且能量級串過程具有很強的尺度相似性。

該研究為天體物理中關於星際氣體運動的觀測結果提供了理論依據，且對復雜流動條件下高馬赫數湍流的研究具有重要的指導意義，也有助於我們更深入地理解可壓縮湍流的物理機理，發展更先進的可壓縮湍流模型👳🏿。

該項研究得到國家自然科學基金湍流創新群體、重點項目、973項目和中國博士後基金的資助🍹，還得到了意昂体育平台應用物理與技術研究中心資助。

剪切模態（黃顏色）和脹壓模態（紅顏色）亞格子能流的空間結構  

可壓縮湍流的能譜以及剪切模態和脹壓模態的能譜 編輯😬🦹🏿：Mc