旋转可混溶流体中由法拉第不稳定性驱动的湍流混合直接数值模拟

采用直接数值模拟（DNS）研究了旋转对由法拉第不稳定性引起的两种小密度差可混溶流体湍流混合的影响。我们量化了不可逆混合，其通过不可逆混合率 $\mathcal{M}$ 描述可用势能（APE）向背景势能（BPE）的转化。我们证明在较低强迫振幅下，湍流动能（$t.k.e.$）在次谐不稳定性阶段随科里奥利频率 $f$ 增大而增大，直至 $\left(f/\omega\right)^2<0.25$（其中 $\omega$ 为强迫频率）。$t.k.e.$ 的增强归因于更多不稳定模式的激发。由于次谐不稳定性阶段延长，不可逆混合随 $\left(f/\omega\right)^2$ 增大至 $0.25$ 而维持更长时间，并最终随不稳定性饱和而停止。当 $\left(f/\omega\right)^2 > 0.25$ 时，科里奥利力显著延迟次谐不稳定性的发生。强旋转效应导致较低湍流，因为大部分 APE 消耗为 BPE，减少了转化回 $t.k.e.$ 库的 APE（当 $\left(f/\omega\right)^2 > 0.25$）。由于不稳定性在 $\left(f/\omega\right)^2 > 0.25$ 时永不饱和，通过 $\mathcal{M}$ 的 APE 向 BPE 转化持续进行，我们发现持久的不可逆混合。在较高强迫振幅下，旋转的失稳延迟效应可忽略，湍流强度更低且短暂。因此，不可逆混合现象也在 $\left(f/\omega\right)^2<0.25$ 时快速结束。然而，当 $\left(f/\omega\right)^2>0.25$ 时，观察到连续的不可逆混合。