在简单随机流场中寻找随机非相关粒子运动 (RUM)

对各向同性均匀湍流中离散粒子运动的直接数值模拟 (DNS) 研究 [1] 揭示了存在一种依赖于粒子惯性 ${\tau}p$（归一化粒子响应时间或 Stokes 数）的随机非相关运动 (RUM) 分量。本文报道了在由反向旋转涡组成的简单线性随机平滑变化流场中存在 RUM，其中测量了两粒子速度相关性随空间分离的变化。零分离处的相关性值小于 1 表明了 RUM 的存在。就 Stokes 数而言，粒子在一个方向上的运动对应于强阻尼 (${\tau}p < 0.25$) 或弱阻尼 (${\tau}p > 0.25$) 谐振子。在弱阻尼情况下，粒子会越过流的驻点线并被从一个涡投射到另一个涡（即所谓的弹弓效应）。研究表明，仅当 ${\tau}p > 0.25$ 时才会发生 RUM，且其随 Stokes 数的增加而单调增加。对粒子对分离分布函数的计算表明，粒子浓度场从未达到平衡，零分离处的浓度随时间单调增加。这与计算得出的粒子速度场平均 Liapounov 指数的负值（有限可压缩性）是一致的。