论现实端壁边界条件下泰勒-库尔流动中的多个稳定态
流体动力学
2026-02-16 v1
摘要
我们通过直接数值模拟（DNS）和理论分析研究了具有现实无滑移边界条件的泰勒-库尔流动。对顶部和底部盖板施加物理一致的端壁条件显著改变了流动动力学，与周期边界条件的行为大相径庇。我们将经典的角动量通量框架推广到考虑轴向输运，这导致与 Eckhardt-Grossmann-Lohse 模型（Eckhardt 等 2007 年）得到显著更好的一致性。对参数空间 的系统探索揭示了在相同的湍流数 下，具有不同卷数 配置的多个长期存活状态，导致在现实边界条件下出现显著的滞回循环。我们的 DNS 结果表明，对于无滑移轴向端盖，流动依次演化为：泰勒涡旋流 → 混沌波纹涡旋流 → 湍流波纹涡旋流 → 轴对称湍流泰勒涡旋流。通过模态能量预算，我们识别了转变机制并量化了可访问相空间体积和特定卷数的角动量通量如何取决于控制参数和特定流动状态。我们的发现表明，现实边界条件对泰勒-库尔流动动力学具有深远影响，并改变了多个稳定态的稳定性景观。不同流动模式的共存及其稳定性分析为理解封闭剪切流中从层流到湍流的转变提供了有前景的见解。
引用
@article{arxiv.2602.12994,
title = {On multiple stable states in Taylor-Couette flow with realistic end-wall boundary conditions},
author = {Marvin Kriening and Zhongzhi Yao and Mohammad S. Emran and Jiaxing Song and Andrei Teimurazov and Olga Shishkina},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.12994},
year = {2026}
}