论湍流中粒子喷团的演化

我们通过高分辨率数值模拟研究了湍流喷团的演化。喷团是按量级为 Kolmogorov 时间的固定时间间隔从初始球形分布中释放的被动粒子簇。粒子喷团的瞬时形状，特别是其非球面性和扁率，通过测量回转张量来表征。分析是在一个大规模涡旋翻转时间内，追踪超过 $10^4$ 个不同的喷团进行的，每个喷团由 2000 个粒子示踪剂组成，这些喷团从 Taylor 尺度 Reynolds 数 $Re_\lambda \sim 300$ 的均匀各向同性湍流流体中的不同位置发射。我们还分析了击中放置在下游相对于发射时刻局风方向的给定目标的概率，并给出了三种不同情况的数据： 不进行任何形状重构，即考虑点示踪剂簇； 将粒子喷团近似为球体； 将粒子喷团近似为椭球体。结果表明，其强烈依赖于发射时刻瞬时风的涨落，并且对于近似方法 显得十分稳健。