多孔介质中由对流流动压缩的流体界面间的混合

我们研究了多孔介质中在对流流动存在下的混合。对流的特征是涡旋和驻点的形成，在这些位置流体界面被拉伸和压缩从而增强混合。我们使用界面变形模型分析了不同情景下混合动力学的特性。我们表明，与溶解通量相关的标量耗散率受界面过程控制，具体而言受界面压缩与扩散之间的平衡控制，而这取决于流场构型。我们考虑了复杂度递增的不同情景。首先，我们分析了一个双陀螺合成速度场。其次，一个瑞利-贝纳尔不稳定性（Horton-Rogers-Lapwood 问题），其中驻点位于固定界面处。该系统随着瑞利数的增加经历从扩散控制混合到混沌对流的转变。最后，一个具有移动界面的瑞利-泰勒不稳定性，其中混合经历三种不同机制：扩散型、对流主导型和对流关闭型。界面压缩模型正确预测了系统的行为。它展示了压缩率对扩散的依赖性如何解释标量耗散率标度行为的变化。该模型表明，驻点与速度场相关结构之间的相互作用也是机制间转变的原因。我们还展示了溶解通量与系统混合状态之间的行为差异。我们观察到，虽然溶解通量随瑞利数增加而减小，但系统变得更加均匀。也就是说，混合通过减小扩散而增强。这一观察结果由不稳定性图案的效应所解释。