耦合流体-多孔介质系统中对流构型的预测
流体动力学
2022-12-21 v2
摘要
自然界中一种普遍存在的构型是自由流动流体与多孔介质的耦合，例如位于多孔河床之上的河流或湖泊。根据环境条件，可能发生热对流，且可能局限于清澈流体区域形成浅对流胞，或穿透进入多孔介质形成深对流胞。本文结合三种互补方法——线性稳定性分析、完全非线性数值模拟和粗粒度模型——以确定导致每种构型的情形。粗粒度模型在小达西数(Darcy number)这一物理相关极限下，给出了深对流与浅对流之间转变的显式公式。在对流起始附近，三种方法结果一致，验证了该显式公式的预测能力。数值模拟将这些结果扩展到强非线性 regime，揭示了流场从浅对流动态转变为深对流的新颖混合构型。这种混合的浅到深对流始于微小的随机初始数据，经历亚稳态浅对流阶段，最终达到深对流的首选稳态。我们构建了一个相图，整合了三种方法的信息，并描绘了参数空间中产生各对流态的区域。
引用
@article{arxiv.2207.05889,
title = {Predicting convection configurations in coupled fluid-porous systems},
author = {Matthew McCurdy and Nicholas J. Moore and Xiaoming Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.05889},
year = {2022}
}