聚合物溶液曲线流动中的弹性湍流

继我们的首次报告（A. Groisman and V. Steinberg, $\sl Nature$ $\bf 405$, 53 (2000)）之后，我们提出了在三个不同系统中弹性诱导湍流的实验观测的详细说明：两板之间的旋转流动，两圆柱之间的库埃特-泰勒（CT）流动，以及曲线通道中的流动（迪恩流）。所有三个装置中，可用于流动的区域宽度与流线曲率半径之比都很高。实验使用高浓度糖浆中高分子量聚丙烯酰胺的稀溶液进行。高聚合物松弛时间和溶液粘度确保了非线性弹性效应相对于惯性非线性的优势，并在所有三种流动中在低雷诺数（Re）下发展了纯弹性不稳定性。在弹性不稳定性阈值之上，所有三个系统中的流动都表现出充分发展湍流的特征。这些特征包括：（i）在广泛的空间和时间尺度上激发的随机波动的流体运动；（ii）动量和质量传递速率显著增加（与具有平滑速度分布的稳态流动的预期相比）。将弹性湍流的现象学、驱动机制和参数依赖性与牛顿流体中传统的高雷诺数流体动力学湍流进行了比较。