湿 porous 介质流动中的不稳定性与分岔

湿 porous 介质中的微尺度湍流流动有利于流动不稳定性的发展，由于在孔隙空间内发生强烈的旋涡和剪切流动。当围绕单个固体障碍物的流动不稳定性与湿 porous 介质中众多其他障碍物相互作用时，便会因对称性破坏现象而显现。本文聚焦于湿 porous 介质中固体障碍物后方的涡旋动力学与流动不稳定性的研究，强调固体障碍物几何形状和孔隙率如何影响微观尺度和 macroscale 流动行为。在不同的孔隙率范围内，识别出两种不同的对称性破坏机制。在低孔隙率介质中（< 0.8），出现"deviatory flow"现象，即在Reynolds数超过500时，macroscale 流动偏离施加压力梯度的方向。Deviatory flow是macroscale Reynolds 应力各向异性的来源，却被减小的涡核尺寸所抵消。在中间孔隙率范围内（0.8-0.95），出现"jetting flow"机制，通过在湍流过渡期间发生的时变偏置涡旋 shedding，在孔隙空间中创建非对称的微观尺度速度通道。两种对称性破坏现象都严重受到固体障碍物形状、孔隙率和Reynolds数的影响。固体障碍物的圆滑度和足够高的Reynolds数提供了对称性破坏的关键条件，而孔隙率可用于参数化对称性破坏的程度。本文提供了关于湿 porous 介质复杂流动动力学的基础性见解，全面理解了微观尺度涡旋相互作用如何在不同的几何配置下产生 macroscale 流动不对称性。