螺旋度作为三维湍流中除动能外唯一的二阶无粘不变量，是湍流拓扑结构的定量表征，在湍流的演化中扮演着重要角色。自然界的旋转流动经常伴随着高的螺旋度，旋转与螺旋度的耦合效应在叶轮机械等工业领域具有重要的研究及应用价值。
中国科学院力学研究所研究人员近期在旋转湍流的基础上引入了螺旋度，研究了能量与螺旋度的尺度输运效应。该研究系统地分析了能量与螺旋度输运的守恒性与对称性，提出了谱空间螺旋度输运的新理论表达式，推导并证明了其与传统表达式的区别与联系，并给出了一系列定量关系。研究发现，螺旋度会对旋转导致的能量反向级串产生明显抑制效应，这是该现象的首次发现。此外，通过对螺旋度输运的理论分析，研究发现了螺旋度手性极化等现象的新物理机制。该工作不仅深化了螺旋度与旋转效应在湍流演化中的耦合作用理论，而且拓展了螺旋度尺度分析在复杂湍流研究中的应用。
相关成果以transfers of energy and helicity in helical rotating turbulence为题发表在journal of fluid mechanics上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的支持。
图1 谱空间的尺度分割与角度分割
图2 流动结构示意图（a）无螺旋度无旋转;（b）无螺旋度有旋转；（c）满螺旋度有旋转；（d）满螺旋度弱旋转
研究团队单位：力学研究所
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