主动湍流中拉格朗日一致结构的时间对称性

主动流是生命系统中混合与输运的核心。虽然牛顿流在微尺度上保持层流、扩散且可预测，但像浓稠细菌悬浮液这样的活性流可以表现出类似主动湍流的高度混沌流动，具备异常的输运能力。然而，驱动活性流中混合的潜在时空持久结构尚未探讨。使用拉格朗日一致结构（Lagrangian Coherent Structures, LCS），我们现在揭示了吸引和排斥双曲面网络。我们研究了在活动性增加下，有限时间 Lyapunov 指数场分布和谱的变化。尽管涡旋在流动中占据主导地位，但发现极端的前向和逆向时间混合源自拉伸区域，强调鞍点的作用。岩线的分形维数揭示，随着活动性的增加，LCS 网络的形态简化，但保留各向同性交叉。整个研究过程中，我们也探询了一个前所未有的问题——拉格朗日不可逆性的迹象是否在吸引和排斥 LCS 中显现？相反，我们发现存在显著的时间对称性。我们的工作为将活性湍流中的流动结构与不变混合表面联系提供了第一步。这些发现将有助于设计活动性调制协议，以生成或抑制流动结构乃至混合，以驾驭活性湍流以适用于各种应用。