Small-scale turbulence is the most promising place to establish proper turbulence theory. An understanding of the relationships between the two descriptors of small-scale turbulence, namely, enstrophy and dissipation, is one of the longstanding research topics. Meanwhile, current knowledge on this point is controversial because past observations are inconsistent with the existing theoretical arguments. We present a different approach to investigate this problem by enhancing small-scale fluctuations with finite-size particles. In this particle-augmented turbulent flow, several common observations about small-scale turbulence are obtained with recent high-Reynolds-number studies, though the operating conditions are quite different. Specifically, it is found that the discrepancy between the intermittency of enstrophy and dissipation is reduced when small-scale motions become intense. In addition, the spatial distributions of intense enstrophy and dissipation are found to be correlated. Lastly, a quantitative relationship for enstrophy and dissipation is observed in these intense events. The similarity of enstrophy and dissipation in all of these aspects does not occur in low-Reynolds-number turbulence, and the current common findings could imply potential universality for intense small-scale turbulence. The conditional probability density functions of pressure Laplacian and velocity derivatives are also analyzed to further understand why dissipation and enstrophy become similar when small-scale motions become strong.

中文翻译：

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粒子引起的小尺度湍流的耗散和涡旋相似

小规模湍流是建立适当湍流理论的最有希望的地方。长期以来，对小尺度湍流的两个描述因素之间的关系（即涡旋和耗散）的理解是一个重要的课题。同时，由于过去的观察与现有的理论观点不一致，因此目前关于这一点的知识引起争议。我们提出了一种不同的方法，通过使用有限尺寸的粒子增强小范围的波动来研究此问题。在这种颗粒增强的湍流中，尽管操作条件有很大不同，但最近的高雷诺数研究获得了一些有关小规模湍流的常见观察结果。特别，发现当小规模运动变得激烈时，回旋和消散的间歇性之间的差异减小了。另外，发现强烈的吸引和消散的空间分布是相关的。最后，在这些激烈的事件中观察到了一种关于熵和消散的定量关系。在低雷诺数湍流中不会发生所有这些方面的涡旋和耗散相似性，并且当前的共同发现可能暗示着强烈小规模湍流的潜在普遍性。还分析了压力拉普拉斯算子和速度导数的条件概率密度函数，以进一步理解为什么当小规模运动变强时耗散和内旋变得相似。发现强烈的回旋和消散的空间分布是相关的。最后，在这些激烈的事件中观察到了一种关于内吞和消散的定量关系。在低雷诺数湍流中不会发生所有这些方面的涡旋和耗散相似性，并且当前的共同发现可能暗示着强烈小规模湍流的潜在普遍性。还分析了压力拉普拉斯算子和速度导数的条件概率密度函数，以进一步理解为什么当小规模运动变强时耗散和内旋变得相似。发现强烈的回旋和消散的空间分布是相关的。最后，在这些激烈的事件中观察到了一种关于熵和消散的定量关系。在低雷诺数湍流中不会发生所有这些方面的涡旋和耗散相似性，并且当前的共同发现可能暗示着强烈小规模湍流的潜在普遍性。还分析了压力拉普拉斯算子和速度导数的条件概率密度函数，以进一步理解为什么当小规模运动变强时耗散和内旋变得相似。在低雷诺数湍流中不会发生所有这些方面的涡旋和耗散相似性，并且当前的共同发现可能暗示着强烈小规模湍流的潜在普遍性。还分析了压力拉普拉斯算子和速度导数的条件概率密度函数，以进一步理解为什么当小规模运动变强时耗散和内旋变得相似。在低雷诺数湍流中不会发生所有这些方面的涡旋和耗散相似性，并且当前的共同发现可能暗示着强烈小规模湍流的潜在普遍性。还分析了压力拉普拉斯算子和速度导数的条件概率密度函数，以进一步理解为什么当小规模运动变强时耗散和内旋变得相似。