浅自由表面环隙中的磁-Stokes流
流体动力学
2024-11-20 v2
摘要
在本研究中，我们分析了“磁-Stokes”流，这是一种基本的磁流体动力学（MHD）流，其具有与Taylor-Couette池相同的圆柱环隙几何结构，但利用外加电磁力在低雷诺数下循环一层自由表面的电解质。本文给出首个完整的时变磁-Stokes流解析解，并通过耦合的实验室与数值实验进行验证。我们区分了三种流态（浅层流态、过渡流态和深层流态），并阐明了它们对微尺度混合效率的影响。浅层极限下的解属于一类新近识别的MHD势流，因此无需轴向涡度的辅助即可诱导混合。我们表明，这些浅层磁-Stokes流仍可在不同的Taylor离散和对流主导混合机制下增强混合。渐近标度律预测了所有三种流态中均存在增强混合，并得到三维数值模拟的支持。在深度与间隙宽度比为量级为一的通道中，以最少的电磁驱动力即可启动混合增强。若电磁驱动力强度不受限制，则浅层流在对流主导极限下仍可实现最短混合时间。我们对动量演化与被动示踪物混合的稳健描述为环隙磁-Stokes系统作为MHD参考流的使用奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2311.10882,
title = {Magneto-Stokes Flow in a Shallow Free-Surface Annulus},
author = {Cy S. David and Eric W. Hester and Yufan Xu and Jonathan M. Aurnou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.10882},
year = {2024}
}