由密度反转不稳定性驱动的溶解悬崖中凹穴的形成

我们利用一个极简的两相物理模型，展示了在溶解的悬崖壁上普遍存在的洞穴状特征的产生条件。在溶液中溶解的垂直固体表面上，会发展出顶部较宽、底部收窄、边缘锐利的天花板和倾斜的底面的凹穴。从下降的羽流中可以明显看出，由于溶质 Rayleigh-Bénard 密度反转不稳定性导致天花板溶解更快，足够大的凹陷会演变成凹穴。相比之下，尺寸低于由临界 Rayleigh 数设定的边界层厚度的缺陷会被平滑掉，从而形成稳定的平面界面。结果表明，天花板后退速率和凹穴开口面积的演变在第一阶近似下由临界 Rayleigh 数给出。通过追踪流体相中的被动示踪剂，我们表明凹穴的形状是由边界层流动的分离以及凹陷前缘出现驻涡所决定的。随后发现，经过发展中的凹穴的附着边界层会导致其他侧面的变圆以及底面的逐渐倾斜。