T型混合器湍流混合的实验研究
流体动力学
2025-09-15 v1
摘要
T型混合器是液体两条相互碰撞的无溶质流在分支处汇合后沿主通道混合的一种最为常见的规范装置。虽然已对其层流稳态和周期流进行了广泛研究，但湍流流仍因其在实际应用中的普遍性而受到更少的关注。我们在此引入一种新型实验装置，其水力直径为四厘米，使我们能够在小尺度上进行湍流混合的光学研究。通过该装置，我们进行了二维粒子图像测速和平面激光诱导荧光测量。首先，我们成功复制了在低雷诺数下观察到的微型T型混合器特征流态。随后我们聚焦于湍流区域，对混合通道中的湍流动能和耗散进行了表征。进一步地，我们测量了标量浓度方差及其对应的概率密度函数和谱。后者显示出初步的巴彭切尔比例尺。我们估算了机械能到标量时间尺度之比，并检验了湍流速度场与标量场之间的联系。测量数据与工程实践中使用的模型预测和相关性以及我们使用谱元代码进行的直接数值模拟进行了比较。
引用
@article{arxiv.2509.10264,
title = {Experimental study of turbulent mixing in a T-shaped mixer},
author = {Huixin Li and Mohammad Mehdi Zamani Asl and Bastian Bäuerlein and Kerstin Avila and Duo Xu and Marc Avila},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.10264},
year = {2025}
}