视弹性流经周期性圆柱阵列的早期湍流

周期性圆柱阵列的早期湍流在许多实际应用中具有特别的兴趣，以增强混合和材料/热交换。本研究揭示了一种新的早期过渡通道，导致混沌波动状态和阻力增强，方法是添加聚合物。使用聚合物扩散足够小（$\epsilon=10^{-5}$）的二维直接数值模拟，我们显示，视弹性流经周期性圆柱阵列的湍流在Reynolds数$Re\approx 10$处不稳定，显著低于牛顿流的$Re\approx 150-200$。随之而来的混沌波动状态表现出薄片和'箭头'形状的聚合物构型结构，与围绕平行壁面流动中观察到的饱和中心模式不稳定性（Page等人，Phys. Rev. Lett., 125, 154501, 2020）相一致。对动能预算的分析揭示了混沌的纯弹性来源。然而，惯性力与弹性力的共同作用可以改变基准状态，影响不变聚合物薄片的形成。该薄片促进聚合物的拉伸和回收，从而诱导流动波动并维持混沌。探索各种最大聚合物伸长$b$和聚合物浓度$\beta$，突显了弹性力在拉伸上游分离区的作用，同时抑制下游分离区，从而导致有限$Re$处的阻力增强。意外的是，这些对基准状态的修改可以在大弹性力（大$b$或小$\beta$）下抑制不变聚合物薄片，从而实现稳定的聚合物修饰的层流状态。