搅拌容器内两相混合中向充气的转变

我们考虑在开口圆柱罐内由斜叶涡轮旋转搅拌黏性流体，上方以轻流体空气为介质的两相混合。为考察流动与界面动力学，我们采用了高度并行化的混合前沿追踪/水平集方法实现，其采用域分解并行策略。我们的数值技术旨在忠实捕捉复杂界面变形及拓扑变化，包括界面破裂与分散相聚并。如瞬态三维直接数值模拟所示，叶轮诱发了在许多理想旋转流中出现的初级涡，以及若干类似于开尔文-亥姆霍兹、涡破裂、叶尖涡和端壁角涡的次级涡结构。随着转速增加，当界面到达旋转叶片时观察到向“充气”的转变，导致空气泡被夹带入黏性流体中，并形成含气泡的旋转自由液面流。我们探究了充气转变背后的机制及其路径，表明其表现出对流动历史的强烈依赖。