均匀各向同性湍流中的活性标量混合
流体动力学
2025-07-08 v1
摘要
我们研究了由均匀各向同性不可压缩随机速度场产生的活性标量混合。我们考虑由 Navier-Stokes 生成的湍流场以及人工生成的均匀各向同性随机场。我们采用傅里叶谱直接数值仿真方法，研究两种不同密度比的非反应性物种的混合动力学。我们使用阿托德数 (Atwood number) 创建较密的混合物和较稀的混合物。我们指出，在无搅拌情况下，较密的混合物比较稀的混合物同化得更快。密度梯度的方向导致跨越分子扩散的界面向外膨胀（较密混合物）或向内收缩（较稀混合物）。搅拌过程增强了扩散过程，两类混合方法的同化速率均得到提升。我们定义了一种新的混合指标，用于研究活性标量的混合演化，指标表明较密的不均匀性在较稀的混合物中传播得更快，但同化得更慢。在低马赫数湍流条件下，密度梯度与负责搅拌的速度场之间几乎不存在耦合。活性标量的后搅拌行为类似于被动标量，即标量能谱呈指数衰减并表现出自相似性。解 Navier-Stokes 方程生成的湍流场比人工生成的场同化两种混合物的速度更快。我们指出，仅匹配动能谱和惯性子域尺度的synthetic随机场与Navier-Stokes生成的湍流场，并不足以研究混合动力学。
引用
@article{arxiv.2507.04029,
title = {Active Scalar Mixing by Homogeneous Isotropic Turbulence},
author = {Joaquim P. Jossy and Pratyush S. Awasthi and Prateek Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.04029},
year = {2025}
}