通过示踪粒子刻画瑞利-泰勒不稳定性诱导的流动与混合
流体动力学
2022-03-24 v2 统计力学
其他计算机科学
应用物理
计算物理
摘要
瑞利-泰勒不稳定性（RTI）诱导的流动与混合在自然界和工程场景中均具有重要意义。为捕捉基本物理，引入示踪粒子作为对可压缩流中 RTI 离散玻尔兹曼模拟的补充。通过标记两种不同颜色的示踪粒子，示踪粒子分布给出了 RTI 演化过程中两种流体的清晰边界。可混溶双流体系统界面附近的流动精细结构与热力学非平衡行为得以刻画。示踪粒子在其速度相空间中的分布形成了迷人的图案，展现出关于流动行为的极密集信息，这为分析和获取对流动系统极深刻见解开辟了新视角。通过示踪粒子定义的局域混合度进一步研究了 RTI 混合。开尔文-亥姆霍兹不稳定性的出现通过沿压力梯度方向平均的混合度被定量捕获。分别研究了可压缩性与黏度对混合的作用，二者均呈现两阶段效应。两阶段效应的潜在机制被解释为初期大结构的发展与后期小结构的生成。在后期，对于固定时间，发现了黏度的饱和现象，即进一步增大黏度无法看到混合度的明显下降。重流体与轻流体的混合状态不同步，且 RTI 系统的混合是异质的。结果有助于理解 RTI 诱导的流动与混合机制。
引用
@article{arxiv.1912.13181,
title = {Delineation of the flow and mixing induced by Rayleigh-Taylor instability through tracers},
author = {Ge Zhang and Aiguo Xu and Dejia Zhang and Yingjun Li and Huilin Lai and Xiaomian Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.13181},
year = {2022}
}