蜿蜒急流中的混合：一种马尔可夫近似

本文研究蜿蜒急流中的混合与输运。大尺度流场由运动学给定的流函数描述。我们考虑了两种基本的混合机制，先分别研究，再将其结合：由流动的时间依赖性引发的确定性混沌平流，以及通过粒子运动的随机模型描述的湍流扩散。不同于关注粒子轨迹的细节，流体交换以马尔可夫近似的形式进行研究。流体粒子可及的二维物理空间被划分为具有不同拉格朗日行为的区域。从观测到的区域间跃迁，可以推导出表征所研究流态下输运与混合的若干相关量，如停留时间、经向混合、相关函数。这些估计量与来自实际模拟的相应结果进行了比较。比较结果表明，至少可以通过一阶马尔可夫近似这一非常简化的方法，令人满意地描述系统的部分混合特性，而其他特性则表现出更高阶的记忆模式。