各向同性湍流中气泡的弥散

气泡在许多自然和工业流动中化学与营养物质的输运起着重要作用。其弥散对于理解这些流动中的混合过程至关重要。本文报道了毫米级气泡在雷诺数 Re_λ 从 110 到 310 的均匀各向同性湍流中的弥散。我们发现气泡的均方位移（MSD）远超湍流中流体示踪粒子。MSD 呈现两种 regime：短时间下呈弹道式增长（∝ τ^2），较长时间下趋近于扩散 regime，即 MSD ∝ τ。引人注目的是，对气泡而言，弹道到扩散的转变比流体早一个数量级。我们揭示，增强的弥散以及提早进入扩散 regime 均可追溯至气泡非定常尾流诱导运动。此外，气泡的扩散转变并非由湍流的积分时间尺度决定（如流体示踪粒子和微气泡那样），而是由上升气泡的涡穿越时间尺度决定。本发现为理解湍流含泡流动中的混合提供了拉格朗日视角。