强分层平面库埃特流中的不稳定性及其在超临界流体中的应用

本文研究了存在强密度与黏度分层时平面库埃特流的稳定性。当基流中存在运动黏度最小值时,证明了满足广义 Fjortoft 不稳定性判据的广义拐点的存在。无论分层类型如何,与该最小值相关的特征尺度被确定为相应不稳定性的主要控制参数。为支持该发现,在长波近似下采用分段线性基流推导了解析稳定性模型。进行了数值稳定性计算以验证这些模型,并提供关于扰动涡量产生的进一步信息。所有不稳定性均被解释为源于两列涡量波之间的相互作用。依分层类型的不同,这两列波由不同的物理机制产生。当强密度与黏度分层同时存在时,我们表明它们源于剪切与惯性斜压效应的共同作用。为简单流体模型开发的稳定性模型最终揭示了近期在超临界流体中观测到的一个不稳定模态(Ren 等, J. Fluid Mech., vol. 871, 2019, pp. 831-864),给出了稳定性图的定量预测并辨识了其中的主导机制。此外,我们的研究表明,这些流体在 Widom 线处达到的运动黏度最小值正是其不稳定性的主要原因。最后讨论了类似不稳定性在不同流体与流动(例如可混溶流体)中的存在性。