拓扑混沌引起的混合中的雷诺数效应

拓扑混沌已成为研究流体混合的有力工具。尽管该理论能保证某些物质线的拉伸率下界，它并未指出实际参与这一最低限度规定的混合的流体比例。事实上，发生有效混合的区域取决于诸如雷诺数之类的物理参数。为厘清这一依赖关系，我们数值模拟了批量搅拌装置在层流状态下对二维不可压缩牛顿流体的影响。特别地，我们计算了三种不同搅拌协议（一个拓扑复杂（伪阿诺索夫）与两个简单（有限阶））在一系列粘度下的有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）场。从FTLE场提取指示混合量与有效混合区域的适当度量后，我们看到了一个明确界定的雷诺数范围，其中伪阿诺索夫协议相对于有限阶协议的相对效能证明了拓扑混沌的应用合理性。更出乎意料的是，我们发现对于有限阶协议，有效混合区域的度量随雷诺数增加而增大，而对于伪阿诺索夫协议却表现出非单调行为。