瑞利-泰勒(RT)湍流混合阶段的气泡统计直径d和高度h随时间的演化规律对许多自然现象和工程应用都至关重要.对于由多模短波扰动演化而来的RT问题,大量数值模拟和最新实验(R.V.Morgan et al.,2020)均表明,气泡统计直径d和高度h具有普适性...瑞利-泰勒(RT)湍流混合阶段的气泡统计直径d和高度h随时间的演化规律对许多自然现象和工程应用都至关重要.对于由多模短波扰动演化而来的RT问题,大量数值模拟和最新实验(R.V.Morgan et al.,2020)均表明,气泡统计直径d和高度h具有普适性的增长规律.但是,到目前为止,先前研究者仍然没有给出能够同时准确预测这两个特征量的自洽模型.在本文中,基于半约束思想和浮阻力模型,我们建立了一个能够同时适用于二维(2D)及三维(3D)流动的统一气泡融合模型.新模型表明:(1)气泡平均直径d呈自相似增长,相应的自相似结构参数β≡d/h≈(1+A)/2和(1+A)/4,其中阿特伍德数A是密度比的函数;(2)气泡高度h与时间呈二次增长关系,其中二次增长系数α≡h/(Agt^(2))≈0.05(2D)和0.025(3D),其中g为加速度,t为时间.结果表明,新模型的预测结果与先前的实验和数值模拟结果一致,对理解RT湍流混合具有重要意义.展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos.12222203,11972093 and 91852207).
文摘瑞利-泰勒(RT)湍流混合阶段的气泡统计直径d和高度h随时间的演化规律对许多自然现象和工程应用都至关重要.对于由多模短波扰动演化而来的RT问题,大量数值模拟和最新实验(R.V.Morgan et al.,2020)均表明,气泡统计直径d和高度h具有普适性的增长规律.但是,到目前为止,先前研究者仍然没有给出能够同时准确预测这两个特征量的自洽模型.在本文中,基于半约束思想和浮阻力模型,我们建立了一个能够同时适用于二维(2D)及三维(3D)流动的统一气泡融合模型.新模型表明:(1)气泡平均直径d呈自相似增长,相应的自相似结构参数β≡d/h≈(1+A)/2和(1+A)/4,其中阿特伍德数A是密度比的函数;(2)气泡高度h与时间呈二次增长关系,其中二次增长系数α≡h/(Agt^(2))≈0.05(2D)和0.025(3D),其中g为加速度,t为时间.结果表明,新模型的预测结果与先前的实验和数值模拟结果一致,对理解RT湍流混合具有重要意义.
