螺旋度的定義是速度與渦量的標量積，螺旋湍流指平均螺旋度或局部螺旋度不為0的湍流流動狀態，廣泛存在於龍捲風、颱風等自然現象及航空發動機、離心泵等旋轉機械流動中。螺旋度守恆性定理為系統研究三維湍流的時空演化提供新的研究方向。作為三維湍流僅有的兩個二次無粘不變量之一（另一個為動能），Noether定理決定螺旋度具有時空多尺度分佈和多尺度多方向手性間的傳輸特徵。
中國科學院力學研究所可壓縮轉捩與湍流課題組副研究員於長平等長期致力於螺旋湍流的理論及數值模擬研究工作，以螺旋度為視角，在揭示湍流物理本質、建立大渦模擬模型等研究中取得進展。
在湍流級串理論方面，研究首次發現螺旋度級串具有雙通道效應，該理論豐富和完善湍流級串的渦動力學過程，以新的視角解釋能量反級串問題；針對湍流經典級串理論未考慮鏡像破卻的問題，發展出螺旋湍流的尺度局部性理論，證實在鏡像破卻條件下湍流小尺度流動具有普適性的規律等；突破壓力破壞方程守恆性的障礙，發展出可壓縮螺旋湍流動能與螺旋度的聯合級串理論，理論上證明基於螺旋度建立的大渦模擬模型可採用更少的計算網格量等。
在大渦模擬模型/方法研究方面，研究人員基於湍流中螺旋度相關基礎理論，推導出新的大渦模擬模型（HM），該模型具有轉捩/湍流自適應模擬的特點。目前，該大渦模擬模型已應用於高超聲速飛行器中邊界層轉捩/湍流問題、熱核聚變中的界面不穩定性導致湍流混合等流動問題中。
相關研究成果發表在J. Fluid Mech.，Phys. Fluids，Phys. Rev. E，Phys. Rev. Fluids等期刊上。研究工作得到國家自然科學基金湍流重大研究計劃重點項目和國家重點研發計劃的支持。
圖1.基於螺旋度第一通道（a）和第二通道（b）的能流條件平均，藍色部分表示能量反級串
圖2.動能（a）與螺旋度（b）的尺度傳輸函數系綜平均在不同尺度的分佈
圖3.可壓縮平板邊界層流動亞格子渦粘係數分佈
圖4.球形界面RM不穩定性湍流混合寬度隨時間演化分佈
來源：中國科學院力學研究所
