研究一维激波中低频分子涨落的动力学方法
流体动力学
2021-10-27 v1
摘要
在马赫数范围 内,首次在动力学碰撞框架下刻画了一维强激波平移非平衡区中的低频分子涨落。我们的分析利用了激波中气体粒子概率密度函数(PDF)的著名双峰性质,而非自由来流中的麦克斯韦分布,后者的主导频率比前者高一个数量级。在(有限厚度)激波区域内,双峰PDF中的扰动与法向应力涨落之间的强相关性提示引入一种新颖的双箱模型来描述大量气体粒子碰撞相互作用的降阶动力学。我们的模型正确预测了激波内与自由来流中涨落频率的数量级差异,并与同一构型下高分辨率直接模拟蒙特卡洛(DSMC)计算所得的小幅涨落一致。低频涨落随激波上游条件变化的分析表明,这些涨落可用一个斯特劳哈尔数描述,该数基于激波上游的体速度和基于激波内最大密度梯度的激波厚度,在所考察范围内实际上与马赫数无关。我们的结果有望对含非定常与名义定常激波的流动不稳定性及层流-湍流转捩研究框架中激波附近所采用的边界条件产生深远影响。
引用
@article{arxiv.2012.14593,
title = {A Kinetic Approach to Studying Low-Frequency Molecular Fluctuations in a One-Dimensional Shock},
author = {Saurabh S. Sawant and Deborah A. Levin and Vassilios Theofilis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.14593},
year = {2021}
}
备注
31 pages, 14 figures, and 2 supplementary movies