用于优化尾流与阻力特性的多孔圆柱阵列

红树林（一种生长于热带与亚热带潮间带海岸的树种）的根系提供了有效耗散波能并减少沉积侵蚀的自然屏障。本工作中，我们结合实验与数值模拟考察多孔圆柱阵列的尾流与阻力特性，其作为红树根网络的简化模型。通过将 Navier-Stokes 模拟与多目标优化算法耦合，获得阵列的最优排布，该算法寻求使尾流涡量最小化且作用于多孔结构的阻力最大化的构型。利用粒子图像测速法研究这些最优构型，并采用本征正交分解与拉格朗日粒子追踪相结合分析多孔阵列内外流动。通过改变圆柱相对位置观察到阻力与涡量的大幅变化，表明多孔阵列的几何排布在决定尾流与阻力特性中起突出作用。敏感性分析表明，涡量比阻力对特定圆柱位置更敏感，并依赖于因个体圆柱间相互作用在内部发展的独特流型。高阻力阵列被发现具有更高的尾流平均流速，并产生时变拉格朗日相干结构，不利于颗粒沉积与侵蚀。总体而言，结果表明诸如阵列孔隙率等高层次度量本身可能不足以预测尾流与阻力特性。