Periodische Bewegung eingebettet in die Ebenen-Couette-Turbulenz: Regenerationszyklus und Ausbruch

Zwei zeitperiodische Lösungen mit echtem dreidimensionalen Aufbau wurden numerisch für die inkompressible Navier-Stokes-Gleichung eines eingeschränkten Ebenen-Couette-Flusses entdeckt. Eine Lösung mit starker Variation in räumlicher und zeitlicher Struktur zeigt einen vollständigen Regenerationszyklus, der aus der Bildung und dem Zusammenbruch von strömungsweisenden Wirbeln und Niedriggeschwindigkeitsstreifen besteht; die andere, mit sanfter Variation, stellt eine spanweise stehende Wellenbewegung von Niedriggeschwindigkeitsstreifen dar. Diese beiden Lösungen sind instabil und die entsprechenden periodischen Bahnen im Phasenraum sind miteinander verbunden. Ein turbulenter Zustand wandert die meiste Zeit um den starken Zustand herum, außer gelegentlichen Ausbrüchen daraus. Infolgedessen stimmen das Mittelgeschwindigkeitsprofil und die Wurzelmittelwerte der Geschwindigkeitsfluktuationen der Ebenen-Couette-Turbulenz sehr gut mit den zeitlichen Durchschnittswerten dieser periodischen Bewegung überein. Nach einem gelegentlichen Ausbruch aus der starken Lösung erreicht der turbulente Zustand die sanfte periodische Lösung und kehrt zurück. Auf dem Rückweg erlebt er einen Überschuss, begleitet von starker turbulenter Aktivität, ähnlich einem intermittierenden Ausbruch-Phänomen.