多孔-流体界面上涡旋的尺度坍塌
流体动力学
2026-02-03 v2
摘要
外部激发湍流与多孔介质的相互作用是许多工程和环境流动的核心问题，但多孔/流体界面上宏观涡旋结构的命运尚未得到描述。通过数值模拟湍流 flow，我们考察了冲击多孔矩阵的涡旋渗透、坍塌及湍流动能 (TKE) 输运。对于所有考察的孔隙率 = 0.80-0.95，宏观涡旋在多孔界面上突然坍塌，无法在矩阵内部维持，从而支持即使在强外部激励下，湍流仍以孔尺度为主。尽管涡旋冲击通过湍流输运将 TKE 注入多孔介质，但这种供给的 TKE 随 flow 重组织以满足孔尺度几何约束而迅速重新分配并耗散。深入多孔层内部，湍流主要由与孔尺度速度梯度相关的局部剪切产生维持，内部 flow 变得越来越独立于上游条件。孔隙率的变化调制了生产与耗散之间的相对平衡，通过改变几何约束和有效雷诺数，但多孔矩阵内部的主导湍流长度尺度仍由孔尺寸决定。这些结果表明，多孔介质充当稳健的几何滤波器，强制执行与孔尺度相关的湍流，而不论外部激励如何。
引用
@article{arxiv.2601.10396,
title = {Scale Collapse of Vortices at Porous-Fluid Interfaces},
author = {Justin Courter and Vishal Srikanth and Thibaut Kemayo and Andrey V. Kuznetsov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.10396},
year = {2026}
}