A mixing length model for arbitrary geometry: the case of parallel flows
本文提出一种满足Navier-Stokes对称性且能自然考虑任意几何形状的混合长度唯象模型，通过校准三个参数恢复粘性底层、对数律和外层行为，并在高Reynolds数管流中与摩擦因子测量结果吻合良好。
2025-01-07 physics.flu-dyn
Mixing Performance of Toroidal Ring Mixers: Effects of Flow Rate Ratios and Geometric Asymmetry
School of Mechanical Engineering, Purdue University（普渡大学机械工程学院）；Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University（普渡大学韦尔登生物医学工程学院）；Eli Lilly and Company（礼来公司）
研究环形微混合器中流速比和几何不对称性对混合性能的影响，通过数值模拟和实验，发现不对称环形混合器设计能改善混合，尤其在低至中等总流速下，且无需改变总体尺寸即可提升混合效果。
2026-07-24 physics.flu-dyn
Long nonlinear internal waves and mixing in a three-layer stratified flow in the Boussinesq approximation
本文提出了一个考虑中间层湍流混合的盖下分层流体非定常三层流动的一维长波模型。在Boussinesq近似中，运动方程被简化为平衡定律的演化系统，对于层中速度的微小差异，该系统是双曲线的。研究了定态解的分类，引入了亚临界（超临界）三层分层流的概念。振荡的解决方案，描述的混合层的空间演变。考虑了跨临界绕流问题。获得的解决方案，描述定性不同的流态背风侧的障碍。所提出的模型进行了验证，使用实验数据和现场观察周围流体的卷吸。
2021-12-09 physics.flu-dyn
Mixing in 3-D Cavity by Moving Cavity Walls
本文用立方腔流动作为各种自然流动和工程流动的几何简单模型，对三维封闭空间内的混合进行了数值研究。在雷诺数Re=2000的情况下，对移动空腔壁的几种代表性情况下的混合速率进行了评估：平行空腔壁的垂直运动（情况A），壁在其平面内沿其对角线的运动（情况B1），两个垂直壁向公共边缘外的运动（情况B2），并且平行腔壁在平行方向（情况B3）或相反方向（情况B4）上运动。混合率进行了比较，著名的基准情况下，其中一个腔壁沿其边缘移动（情况C）。所考虑的情况下，混合的强度进行了评估（i）混合的发展空腔流最初在休息，这是由空腔壁（S）的脉冲运动开始，和（ii）混合的发展空腔流。对于这两种情况，两种混合流体的初始界面是位于空腔中间的水平面。对于二十个时间单位的流动混合，混合速率从最快到最慢排列。将纯对流混合作为一种极限情况来模拟，以揭示混合的对流机制。对不同密度流体的混合进行建模，以显示真正的3D情况A和B1在混合率方面的优势。网格收敛性研究和比较发表的数值解三维和二维空腔流。讨论了空腔流动的三维性对混合率的影响。
2020-04-30 physics.flu-dyn
Mixing layer between two co-current Taylor-Couette flows
在泰勒-库埃特装置中，如果两个圆柱中的任何一个的旋转沿对称轴不连续地变化，则可以产生新的混合层。两股并流之间的混合区除了产生主要的轴向涡量外，还产生径向涡量。方位角速度的解析解已经推导出，我们表明，混合区的宽度只随径向位置。
2012-06-01 physics.flu-dyn
Spatially resolved stretching-rotation-stretching sequence in flow topology as elementary structure of fluid mixing
我们进行了二维数值模拟的被动搅拌的两种液体，产生两个空间上可区分的范式速度流，即几个大的扩展涡和快速振荡。利用Okubo-Weiss准则，我们绘制了流场中拉伸和旋转的区域.我们发现，一个基本的振荡序列的拉伸旋转拉伸诱导空间的再分布和浓度梯度的陡峭化，和聚合这样的序列决定流体混合在下游位置。此外，我们量化的范例“拉伸”和“折叠”的流动拓扑结构的基础上，这将有利于搅拌协议的设计开发措施。
2022-10-21 physics.flu-dyn
Mixing dynamics and transport mechanisms during laminar stirring flows
Concordia University（康考迪亚大学）
本研究通过模拟圆柱搅拌器在层流中的搅拌，揭示了流动拓扑转变如何控制混合，并识别了扩散主导与对流混合机制，阐明了涡结构逃逸对增强混合的关键作用。
2026-09-11 physics.flu-dyn
Mixing in two-dimensional shear flow with smooth fluctuations
本文研究含平滑随机涨落的二维主导剪切流中被动标量混合，通过单点矩与相关函数刻画衰减和持续强迫两种情形的强间歇性，并给出对相关函数性质及短时间相关模型的定量结果。
2023-09-25 physics.flu-dyn
Spectral analysis of mixing in 2D high-Reynolds flows
本文利用欧拉动力学和拉格朗日动力学的谱分析方法研究了二维不可压有界空腔流中的平流混合。在高雷诺数下，这种旋转流的一个重要特性是其核心的混合比壁面附近区域和角部涡流慢。我们解释这个属性，考虑不稳定运动的频率之间的共振-捕获的Koopman频谱分析的速度场-和拉格朗日示踪剂的平均流量的循环频率。在高雷诺数的旋转二维流动中，旋转核心中的涡量是均匀分布的，这导致平均流中的环流周期的均匀分布，即，平均流核心的运动学类似于刚体旋转。当这个"刚性”核心暴露于高雷诺数下分叉产生的速度波动时，它对拉格朗日运动中的共振表现出更大的弹性，因此与其他区域相比混合更慢。我们还展示了我们的定性共振参数扩展到混沌流的经典工具的动力系统是不适用的。
2020-03-31 physics.flu-dyn
Investigation of Self-Preservation Theory in Two Dimensional Turbulent Mixing Layers
本文研究了二维定常湍流混合层的特性。除通常的速度分量外，还计算并给出了雷诺应力的所有贡献分量。结果表明，在二维定常湍流混合层中，自保持理论并不适用于所有的流动区域，流动是湍流区，分为两个区域。通过计算流动起始点处的雷诺应力分量，表明在包含流动奇点的区域中的湍流并不像以前认为的那样是自保持的。
2003-01-27 physics.flu-dyn
Energetics of mixing for the filling box and the emptying-filling box
计算了瞬态和稳态下填充盒和空-填充盒中羽流的混合效率。在渐近稳定状态下，填充盒中羽流的混合效率为1/2，与该状态的细节或羽流的建模方式无关。在稳定状态下，空-充盒中羽流的混合效率为1 - xi，其中xi = h/H，环境层的深度h被盒的高度H无量纲化。因此，更深的混合层对应于更高的混合效率。
2018-04-30 physics.flu-dyn
Quantifying mixing and available potential energy in vertically periodic simulations of stratified flows
湍流混合对海洋中的许多物理过程有着重要的影响。在稳定分层的Boussinesq流体中，这种不可逆混合描述了可用势能（APE）向背景势能（BPE）的转换。在某些情况下，APE框架很难应用，近似的措施被用来估计不可逆混合。例如，分层湍流的数值模拟通常使用三重周期域来提高计算效率。然而，在该设置中，BPE不是唯一定义的，并且Winters等人（1995，J.Fluid Mech.，289)不能直接用于计算APE。我们提出了一种新的技术来计算APE在周期域的平均分层。通过定义一个控制体积的恒定浮力的表面为界，我们可以构建一个适当的背景浮力配置文件$b_\ast(z,t)$和准确地量化在这样的系统中的diapycnal混合。这种技术还允许精确计算有限振幅的局部APE密度在周期域。APE的演变进行了分析，在各种湍流分层流模拟。我们发现，浮力方差$χ$的平均耗散率提供了一个很好的近似的平均diapycnal混合率，即使在流与显着变化的局部分层。在瞬态流动中混合效率的量化措施时，我们发现显着的变化取决于是否层流扩散的平均流量包括在动能耗散率。我们将讨论如何最好地解释这些结果的上下文中量化的diapycnal扩散在真正的海洋流。
2020-10-24 physics.flu-dyn
Magneto-Stokes Flow in a Shallow Free-Surface Annulus
本研究分析了环形浅层自由表面磁Stokes流，提出首个时间依赖型解析解并通过实验和数值验证，发现三种流态均能增强微尺度混合，确立其作为MHD参考流的价值。
2024-06-24 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamically induced mixing in immiscible multilayer flows
在本研究中，我们调查静电稳定机制作用于分层流体。当重流体位于较轻流体上方时，电场已被证明可以控制甚至抑制Rayleigh-Taylor不稳定性。从不同的角度来看，类似的技术也可以用于在其他稳定系统中产生界面动力学。我们的目标是确定主动控制协议，在有限的几何形状，诱导小规模的设备，而没有移动部件的时间相关的流量。这种效应有许多应用，从混合现象到电子光刻。进行了二维计算，并描述了几个这样的协议。我们提出了计算流体动力学视频与不同的底层混合策略，这表明有前途的结果。
2013-10-12 physics.flu-dyn
Lagrangian mixing of pulsatile flows in constricted tubes
在这项工作中，几个拉格朗日方法被用来分析混合过程中的实验模型下的脉动流收缩的动脉。上游雷诺数$Re$在1187和1999之间变化，而脉动周期$T$保持固定在0.96 s。使用数字粒子图像测速仪（DPIV）采集位于收缩下游的感兴趣区域（ROI）的速度场。流动由中心射流和近壁回流区组成，在回流区形成旋涡并脱落。为了研究混合过程，计算了有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）场和浓度图。在FTLE脊上发现了两个负责流体混合和输运的拉格朗日拟序结构。第一LCS界定涡流的后缘，在连续的周期之间分离进入ROI的流。第二个LCS界定了涡流的前缘。该LCS集中了最高的颗粒团聚，如浓度图所证实的。此外，从颗粒停留时间图（RT）测量流体颗粒在一个循环之前离开ROI的概率。随着$Re$增加，离开ROI的概率从0.6增加到0.95。引入最终位置图$r{_f}$来评价ROI不同子区域之间的血流混合。这些地图使我们能够计算子区域之间的交换指数，$\bar{\mathrm{EI}}$，它显示了与$Re$混合增加的主要区域。最后，通过综合不同拉格朗日方法（FTLE、浓度图、RT和$r_f$图）的结果，提供了流动混合和输送的综合描述。
2022-09-29 physics.flu-dyn
Numerical simulation of microscale acoustic streaming flow
在小型化的全分析系统中流体样品的有效混合对于包括生物筛选测定、化学提取、聚合、细胞分析和蛋白质折叠在内的许多应用是必不可少的。微型化的微流体平台最近出现用于微尺度流体混合，其具有高通量样品处理和减少样品消耗的能力。然而，微尺度流体混合固有地受到阻碍，由于在小通道中的低雷诺数流动的特性。微尺度流体混合主要依赖于分子扩散，因此需要较长的处理时间。为了解决这一难题，已经开发了多种用于快速有效混合的主动微流体方法，其使用电动流动、激光诱导流动、磁力搅拌和声学流动（ASF）。在这些具有外力场的技术中，声流体混合由于其按需、可控、无创和生物相容性的性质而受到好评。在本研究中，我们进行了数值模拟的声流，诱导与高度局域化的表面声波（SAW），在微尺度流体通道的基础上的声波衰减模型
2022-10-23 physics.flu-dyn
Improving mixing characteristics with a pitched tip in kneading elements in twin-screw extrusion
在双螺杆挤出中，混合元件的几何形状主要决定了基本流型，这最终影响混合能力以及混合元件的分散能力。本文讨论了在传统的前向捏合盘元件（FKD）的基础上，采用前向和后向两种倾斜的桨尖，对倾斜桨尖捏合盘元件中的流型和混合特性进行几何修改的效果。采用数值模拟方法，对聚合物熔体在熔体混合区的非等温流动进行了研究，分析了其流型结构和示踪剂轨迹。倾斜的尖端在很大程度上影响盘间流体输送，这是主要负责混合。局部流型的这些变化通过应变率状态的分布来分析。有限时间李雅普诺夫指数的分布揭示了FKD中混合的大的不均匀性被向前和向后的尖端抑制。通过FKD上的向前尖端，与FKD相比，混合能力相对受到抑制，而对于FKD上的向后尖端，混合能力得到增强，同时保持与FKD相同的分散效率水平。从这些结果来看，传统KD上的倾斜尖端在减少混合的不均匀性和调整整体混合性能方面是有效的。
2018-11-06 physics.flu-dyn
Wall-induced anisotropy effects on turbulent mixing in channel flow: A network-based analysis
在拉格朗日框架下，采用基于复杂网络的方法研究了湍流混合。我们考虑在$Re_τ = 950$上模拟的湍流通道内被动非惯性粒子的运动。建立了时间相关网络来评估示踪剂在薄壁平行层之间的转移，所述薄壁平行层在壁法线方向上划分通道。通过这样做，我们能够评估湍流动力学及其对混合过程的影响所产生的空间和时间的复杂性。这种方法突出了湍流结构的小尺度特征的影响，以及由壁诱导的各向异性决定的较大尺度的影响。复杂网络与湍流的拉格朗日描述相结合，有效地为非均匀湍流和混合提供了新的见解。
2020-10-27 physics.flu-dyn
Investigating the magnitude and temporal localization of inertial particle mixing in turbulent channel flows
该研究通过直接数值模拟与拉格朗日框架，探究不同斯托克斯数惯性颗粒在Reτ=950湍流槽道流中的混合特性，揭示了颗粒惯性对混合的影响随源点位置、排列及距壁距离变化的规律。
2023-06-16 physics.flu-dyn
Non-modal disturbances growth in a viscous mixing layer flow
本文研究了雷诺数在100 ~ 5000范围内不同流向和展向波数下粘性混合层流中扰动的非模态瞬态增长。通过比较几种数学方法的计算结果，得出非模态最优扰动增长仅由谱的离散部分引起的结论。结果表明，在线性不稳定组态中，非模态增长不可能大于指数增长。同时，最大的非模态增长发生在混合层流稳定的波数处。最深刻的增长是通过倾斜的三维波，传播的角度接近45 °相对于基流。非模态分析的结果之后是完全非线性的三维时间相关的解决方案，初始条件作为计算的最佳向量。全三维非线性计算表现出的增长和衰减的流动结构，有时变得类似于那些观察到的开尔文-亥姆霍兹波涛的时间演化的后期阶段。结果表明，非模态最佳扰动产生强混合没有过渡到湍流。
2012-10-21 physics.flu-dyn
A compressible Reynolds-averaged mixing model considering turbulent entropy and heat flux
本研究针对可压缩混合流动，在不可压缩K-L-y模型基础上引入物理可压缩性修正，整合湍流熵与热通量，构建了新型可压缩RANS混合模型，并经系统验证有效。
2025-06-19 physics.flu-dyn
Mixing in viscoelastic fluids using elastic turbulence
本文通过 Oldroyd-B 模型数值模拟二维 Taylor-Couette 流动，发现弹性湍流和弱混沌流均能促进混合，且序参量与混合速率强相关，可用于指示混合强度。
2025-01-01 physics.flu-dyn
Fluid dynamics of mixing in the tanks of small vanadium redox flow batteries: Insights from order-of-magnitude estimates and transient two-dimensional simulations
本文通过量级估算和瞬态二维模拟，揭示小型钒液流电池储罐内电解质混合不充分，高动量或正浮力射流降低能量容量，并强调密度变化对长期混合的重要影响。
2023-05-30 physics.flu-dyn
Investigating Mixing Efficiency in Droplets: A Comprehensive Study of Numerical Modeling and Experimental Testing in 3D-Printed Microfluidic Devices
该研究通过二维数值模拟与3D打印微流控芯片实验，系统比较了T型结、十字结及新型非对称液滴生成器的混合效率，发现非对称设计在保持较小液滴直径的同时实现接近T型结的混合性能，从而简化微流控装置设计。
2024-01-16 physics.flu-dyn
Mixing Fronts in Smooth Chaotic Flows
Univ Rennes, CNRS, Geosciences Rennes（雷恩大学，法国国家科学研究中心，雷恩地球科学）；School of Chemical and Environmental Engineering, RMIT University（皇家墨尔本理工大学化学与环境工程学院）
研究光滑混沌流中混合前沿的标量波动，提出理论框架描述其演化，推导出浓度方差的闭合表达式，适用于不同皮克数范围的模拟结果。
2026-05-15 physics.flu-dyn
Persistent incomplete mixing in reactive flows
我们提出了一个有效的随机对流扩散反应（SADR）模型，解释不完全混合通常观察到的运输与双分子反应。与传统的对流-扩散-反应模型不同，SADR模型将机械混合和扩散混合描述为两个独立的过程。在SADR模型中，机械混合由随机平流速度驱动，其方差由机械弥散系数给出。扩散混合被建模为具有有效扩散系数的Fickian扩散。我们表明，这两个系数的总和等于分散系数，但只有有效的扩散系数有助于混合控制反应，这表明这样的系统没有得到充分的混合在代表性的基本体积尺度的确定性方程和分散系数的定义。我们使用Gramling等人\cite{Gramling}的实验结果表明，对于多孔介质中的传输和双分子反应，SADR模型比传统的分散模型更准确，后者高估了反应产物的浓度高达60%。
2018-03-18 physics.flu-dyn
Free surface flows using inverse smoothed particle hydrodynamics
自由表面流动问题包括溃坝流动中的混合过程和波浪破碎现象，其特征是自由表面的大变形。因此，它们不能很容易地通过基于分析和数值网格的模型进行研究。本文测试了一种称为非平滑粒子流体动力学（SPH-i）求解器的新方法，以研究它在二维湿床溃坝水流中捕捉波浪破碎和水体混合的能力。与实验结果相比，该模型捕捉破碎和混合过程相对较好。因此，可以推断，所提出的模型的能力，以预测的发展和演变的破碎波，以及在水-水界面的溃坝混合过程中的界面已被证明。
2018-10-19 physics.flu-dyn
Lagrangian network analysis of turbulent mixing
提出了一种基于时间复杂网络的方法，从拉格朗日的角度研究湍流混合。通过利用空间邻近准则，一组流体粒子的动力学被几何化为一个随时间变化的加权网络。具体而言，数值求解的湍流槽道流作为一个示例性的情况下。我们表明，随时间变化的网络是能够清楚地描述粒子群动力学，在参数鲁棒性和计算成本低廉的方式。网络形式主义能够直接识别瞬态和长期流态，湍流混合和平均流平流之间的相互作用，以及颗粒之间的邻近事件的发生。由于其多功能性和突出显着的流动特征的能力，复杂的网络代表了一个合适的工具，湍流混合的拉格朗日调查。复杂网络的应用为湍流的拉格朗日分析提供了强有力的资源，从而为湍流研究和网络科学之间的桥梁提供了进一步的步骤。
2019-02-21 physics.flu-dyn
Mixing in chaotic flows with swimming bacteria
这是一个手稿接受出版物理评论流体，画廊流体运动特刊。该手稿与第39届年度流体运动画廊奖的海报获奖者有关，该奖项是在美国物理学会流体动力学分部第74届年会（美国亚利桑那州凤凰城，2021年）上颁发的。
2022-08-25 physics.flu-dyn
Mixing and flow transition in an optimized electrokinetic turbulent micromixer
微混合器是芯片实验室中的关键元件，在化学和工程的分析和测量中有着广泛的应用。以往的研究报道电动（EK）湍流可以实现在Y型微混合器的横截面尺寸为100 $μ$ m的顺序。虽然超快湍流混合可以在整体流雷诺数为O（1）时产生，但微混合器尚未优化。本文系统地研究了电场强度、交流频率、电导率比和入口通道宽度对“Y”型电动微混合器混合效果和过渡态瑞利数的影响。结果表明，在100 kHz、1.14 × 10^5 V/m交流电场、电导率比为1：3000的条件下，在350 $μ$ m宽的微混合器中实现了最佳混合。在此条件下，在距入口84 $μ$ m和100 ms处，混合度最大，可达0.93。对临界电场和临界电瑞利数的进一步研究表明，EK流不稳定的最不稳定条件与EK湍流的最佳混合条件不一致。为了预测高$Ra_{e}$下EK流的演变，有必要应用计算湍流模型，而不是线性不稳定性分析。
2022-04-11 physics.flu-dyn
The Hama Problem revisited: essential mixing in a free shear flow
我们重新讨论了弗朗西斯·哈马在他1962年的流体物理学文章《扰动剪切流中的条纹线》中首次提出的一个问题。使用一台新的计算机，哈马计算了包含非放大、正弦、行波扰动的无粘剪切流的条纹线和轨迹线。他发现，这种简单的流场和扰动产生了直观的轨迹线，然而，由此产生的条纹线并不明显，而且比轨迹线复杂得多。他利用这项工作来强调理解流动可视化和测量技术之间的差异的重要性，不同的技术可能会揭示有关流动的真实特征或行为的不同信息。这项工作重温哈马问题，并提出了在流体动力学视频准备的2013年画廊的流体运动的原始发现。
2013-10-06 physics.flu-dyn
Strain Mode of General Flow: Characterization and Implications for Flow Pattern Structures
根据混合器的几何形状了解其混合能力对于预测混合过程和设计新的混合器都是一个重要的问题。混合器中的流动模式与局部应变率模式直接相关，通常是拉伸流动和平面剪切流动的组合。我们开发了一种措施，以表征模式的应变率发生在混合器中的一般流动。与流型有关的体积应变率（或非平面应变率）的空间分布在理解分布混合中起着至关重要的作用。利用该方法，对双螺杆挤出机中不同类型螺杆元件的流动进行了数值分析。输送螺杆和捏合盘之间的流型结构的差异成功地表征了体积应变率的分布。结果表明，应变率模态的分布为表征流型结构与混合器几何形状之间的关系提供了一种必要而方便的方法。
2017-03-20 physics.flu-dyn
Bounding the scalar dissipation scale for mixing flows in the presence of sources
我们研究了标量的混合特性，这些标量被空间光滑的、无发散的流所搅拌，并被稳定的源汇分布所维持。我们专注于标量场的空间变化，描述的{ \it耗散波数}，$k_d$，我们定义为一个函数的标量和它的梯度的平均方差。我们推导出一组上界，对于大的Péclet数（$\Pe\gg1$）产生四个不同的制度的标度行为的$k_d$，其中之一对应于Batchelor制度。这些区域之间的过渡由$\Pe$的值和比率$ρ=\ell_u/\ell_s$控制，其中$\ell_u$和$\ell_s$分别是速度场和源场的特征尺度。第五个制度是由均匀化理论揭示。这些制度反映了不同的过程之间的平衡：标量注入，分子扩散，搅拌和散装运输从源到汇。我们验证了这些界限的相关性的数值模拟{二维，混沌混合}的例子流，并讨论它们与以前的界限。最后，我们注意到三维湍流的一些影响。
2011-09-29 physics.flu-dyn
A bound on the mixing rate of 2d perfect fluid flows
使用$H^{-1}$规范作为混合的措施，我们证明了二维欧拉流的环面混合被动标量最多指数。混合率线性地受涡量的BMO范数（因此也受其$L^\infty$范数）的限制。我们也给出了一个类似的标量梯度的增长率上界。
2011-08-17 math.AP physics.flu-dyn
Instabilities and mixing in two-dimensional Kolmogorov flow
本文介绍了一个二维Kolmogorov流的数值模型中的传输的理论研究结果。我们研究了从层流状态到湍流状态的转变过程中混合特性的变化。它被发现，在流量的显着变化并不总是导致其传输特性的可比变化。另一方面，流动中的一些非常微妙的变化可以显著地改变混合的程度。我们表明，多个共振的相互作用可以为许多这些看似矛盾的结果提供一个解释。
2012-12-12 nlin.CD physics.flu-dyn
Maximal mixing by incompressible fluid flows
本文考虑了一个在不可压缩流动下的粘性流体混合模型。我们证明了有限粘性耗散流在有限时间内不可能完全混合。作为混合性的度量，我们考虑Monge-Kantorovich-Rubinstein运输距离，更经典的是$H^{-1}$范数。我们推导出严格的先验下界，这些混合规范表明，混合不能进行速度比指数的时间。指数衰减的速率在初始数据中是均匀的。
2013-09-02 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Measures of mixing quality in open flows with chaotic advection
我们解决的混合效率的评价在开放的流动通道内的混沌混合实验。由于开放流连续地将新的流体带入有限的混合区域，因此难以定义相关的混合指数，因为流体颗粒通常经历非常不同的拉伸和混合历史。一点染料的反复拉伸和折叠导致了一个持久的图案。我们建议，该特征模式的归一化标准差是一个很好的措施的混合质量的流。我们讨论了这种措施和连续注入染料的混合之间的联系，并调查它使用一个理想化的地图。
2010-11-03 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Mixing layer instability and vorticity amplification in a creeping viscoelastic flow
我们报告的定量证据混合层的弹性不稳定性的粘弹性流体流动之间的两个相距甚远的障碍物阻碍了通道流在$Re\ll1$和$Wi\gg1$。在障碍物之间的区域形成了两个剪切速度分布不均匀的混合层。混合层的不稳定性出现在附近的拐点上的剪切速度剖面上的弹性应力的急剧变化。不稳定性的结果在混合层中的小涡的间歇性外观和放大的时空平均涡的弹性湍流制度。后者的特征在于通过与$Wi$的摩擦因子的标度，以及压力和速度谱。此外，报告的观察提供了改进的理解的粘弹性流体中的混合层的稳定性在大的弹性，即$Wi\gg1$和$Re\ll1$，并反对目前的观点，抑制涡度仅由聚合物添加剂。
2018-09-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
New Lagrangian diagnostics for characterizing fluid flow mixing
提出了一种新的拉格朗日诊断族，并提出了一种描述混合的特殊形式：轨迹的最大范围（MET）。它使相干结构和它们的动态检测在二维（和潜在的三维）非定常流在有界和开放域。它的计算比我们已知的所有其他拉格朗日诊断容易得多，并提供了新的见解关于混合性质的短期和长期的时间尺度和空间图和分布图。我们证明了它的适用性，二维流动使用两个玩具模型和一组数据的表面电流从地中海。
2014-02-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Simulation of particle mixing in turbulent channel flow due to intrinsic fluid velocity fluctuation
我们结合离散元模拟与随机过程来模拟球形颗粒在湍流槽道流中的运动。利用该模型，我们研究了两种颗粒在通道中流动的混合特性。我们发现混合区的长度与管道的线性增加。研究了不同雷诺数下的流动。在泰勒微尺度下的临界雷诺数$R_{c} \approx 300$附近，混合速率强烈依赖于雷诺数。高于$R_{c}$，混合速率几乎保持恒定。
2011-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Optimal mixing enhancement
我们介绍了一种通用的方法，用于优化平流流体流的混合率。在$C^1$邻域内扰动现有的速度场，以最大化由该邻域内的速度场产生的流的混合率。我们的数值方法是基于无穷小生成器的流量，并解决了标准的线性规划方法。扰动流可以很容易地被约束以保持与原始流相同的稳态分布，并且还可以简单地应用各种自然几何约束。同样的技术也可以用来优化对流扩散流模型的混合率，通过操纵漂移项在一个小的邻域。
2018-01-28 math.DS math.OC physics.flu-dyn
Mutual information as a measure of mixing efficiency in viscous fluids
本文提出将混合前后粒子位置的互信息作为度量，通过环形Couette流实验和Brownian动力学模拟，证明非均匀旋转能提升混合效率，为微尺度流动提供了一种普适且无假设的混合效率衡量标准。
2023-11-16 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.flu-dyn
Dispersion versus diffusion in mixing fronts
本文研究了局部弥散与扩散对稳态混合锋特性的影响，推导出浓度剖面、混合尺度和混合速率的解析解，并通过数值模拟与实验验证，揭示了多孔介质中弥散主导混合尺度增长且混合界面与Péclet无关的机制。
2023-09-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Enhanced reaction kinetics and reactive mixing scale dynamics in mixing fronts under shear flow for arbitrary Damköhler numbers
不同化学成分的流体相互混合的混合前沿通常受到速度梯度的影响，由于渗透率变化和流线几何形状，速度梯度的范围从孔隙尺度到集水尺度。这些过程的一个共同特征是混合界面因剪切而产生应变。根据代表特征扩散时间与特征平流时间之比的Péclet数$Pe$和代表特征扩散时间与特征反应时间之比的Damköhler数$Da$，局部反应速率可受到混合界面动力学的强烈影响。这种影响主要在动力学限制或混合限制条件下表征，即对于非常低或非常高的$Da$。在这里的耦合的剪切流和化学反应性的任意Damköhler数，为双分子反应和初始界面与分离的反应物进行了研究。近似的分析表达式的全球生产率和反应混合规模的基础上得到的反应层的方法，允许拉伸增强混合和化学反应之间的一般耦合。而对于$Pe<Da$，反应动力学和拉伸效应是解耦的，我们称之为“弱拉伸”的情况下，对于$Pe>Da$，我们发现了一个“强拉伸”的情况下，新的标度律出现从反应动力学，扩散和拉伸之间的相互作用。分析结果与数值模拟进行了验证。这些研究结果揭示了流动的非均匀性对增强化学反应的影响，以及从动力学限制到混合限制情况的广泛系统的反应性的空间局部热点的创建。
2016-04-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A Bound on Mixing Efficiency for the Advection-Diffusion Equation
本文导出了一个被动标量在对流和扩散作用下与体源混合效率的上界。对于一个给定的搅拌速度场，混合效率的测量方面的等效扩散率，这是分子扩散率，将需要实现相同水平的波动的标量浓度在搅拌的情况下，对于相同的源分布。等效扩散率的界限仅取决于源和平流场的函数“形状”。直接数值模拟进行了一个简单的平流测试的界限。
2004-11-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Dynamic multiphase flow triggers chaotic mixing in porous media
University of Oslo（奥斯陆大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Univ. Savoie Mont Blanc（萨瓦蒙布朗大学）；Univ. Gustave Eiffel（古斯塔夫·埃菲尔大学）；Université de Rennes（雷恩大学）
研究动态两相流对流体元素拉伸和折叠的影响，发现其能引发混沌混合，增强溶质混合效率。
2026-04-11 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stability of viscous three-dimensional stratified Couette flow via dispersion and mixing
本文研究粘性三维分层库埃特流的稳定性，结合剪切混合与重力色散两种机制，建立了大于逆雷诺数ν的非线性转捩阈值界，并证明该界随分层或重力增强而增大。
2024-02-23 math.AP physics.flu-dyn
Intermittent flow in yield-stress fluids slows down chaotic mixing
本文介绍了用旋转搅拌棒法对牛顿流体和屈服应力流体进行混沌混合的实验结果。我们展示了如何混合的屈服应力流体的混沌平流相比，牛顿流体的混合减少，并解释我们的结果带来光的相关机制：流体的存在，只流动间歇性，增强的屈服应力的现象，和外围区域的重要性。这一发现通过数值模拟得到证实。当不同搅拌元件的同步导致相同流体颗粒的缓慢拉伸重复时，观察到异常缓慢的混合。
2013-10-01 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Pore scale mixing and macroscopic solute dispersion regimes in polymer flows inside 2D model networks
溶质分散制度与流速的变化进行了研究，在宏观和孔隙尺度上的透明阵列的毛细管通道使用光学技术，允许同时进行本地和全球的浓度映射。两种不同聚合物浓度（500和1000 ppm）的溶液已被用于不同的Péclet数。在宏观尺度上，位移前沿显示扩散扩散：对于$Pe \leq 10$，分散度$l\_d$与$Pe$恒定，并随聚合物浓度增加;对于$Pe > 10$，$l\_d$随$Pe^{1.35}$增加，并且对于两种浓度是相似的。在局部尺度上，平行和垂直于平均流的通道的饱和度之间的时间滞后已被观察到，并作为流量的函数进行了研究。这些局部测量结果表明，色散制度的变化与结处混合度的变化有关。对于$Pe \leq 10$，完全混合导致纯几何色散增强剪切稀化流体;对于$Pe >10$，较弱的混合导致沿平行于平均流的流路的更高的相关长度，以及几何和泰勒色散的组合。
2006-11-04 physics.class-ph physics.flu-dyn
A Parametric Study of Mixing in a Granular Flow a Bi-Axial Spherical Tumbler
我们报告的计算参数空间研究的混合协议的半满双轴球形颗粒群。混合的质量是量化的，通过隔离的强度（浓度方差）和计算作为三个系统参数的函数：围绕每个旋转轴的旋转角度和流动层的深度。只有对称的情况下被认为是流动层的深度是相同的每一个旋转。我们还考虑依赖于$\bar{R}$，参数化的同心球体（“壳”），包括体积的椭圆。对于每种参数选择，在混合方案的100个周期内计算分离强度。每个曲线通过时间常数$τ$和渐近混合值$bias$进行分类。我们发现，大多数角度的选择和大多数壳在整个混合体积混合良好，与混合中心附近的混合始终更快（小$τ$）和更完整（小$bias$）。最后，我们以所谓的$τ$ - $bias$散点图中异常值的病态混合行为的示例和讨论作为结论。
2015-10-06 math.DS physics.flu-dyn
Efficiency of metal mixing in dwarf galaxies
金属混合在星系金属富集中起着关键作用。贫金属恒星中丰富的Mg、Fe和Ba等元素有助于我们理解星系中的金属混合。然而，星系中金属混合的效率还不清楚。本文报道了一系列利用双折射诱导混合模型对不同金属混合效率的矮星系进行的$N$ -体/光滑粒子流体力学模拟。我们表明，金属混合显然发生在矮星系中的Mg和Ba丰度。我们发现，金属扩散的标度因子大于0.01是必要的复制观测的Ba丰度在矮星系。该值与湍流理论和实验所期望的值一致。我们还发现，金属混合的时间尺度小于40万年。这个时间尺度比矮星系的典型动力学时间要短。我们证明，通过观察确定Ba丰度的散射程度将有助于我们更精确地限制金属混合的效率。
2017-03-16 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Signature of coalescence during scalar mixing in a Rankine vortex
我们分析了在涡流中溶质混合的动力学。本文研究了被动示踪剂在朗肯涡中的输运。剪切流的作用一般是实现流体元素的拉伸。涡流表现出流体元素的拉伸和折叠，使得相邻的流体元素在每转一圈时更接近。沿着旋转方向的强拉伸伴随着径向方向上的伴随变薄，导致强扩散通量，这可能导致来自混合界面的相邻区域的材料聚集。通过拉格朗日浓度演化技术，扩散条法，我们得到的浓度场和精确的两个相邻的浓度区域的合并通过分析浓度分布剖面的签名。我们链接聚合反应混合限制反应流。该分析有助于理解旋涡流动结构中的标量弥散。
2020-02-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Chaos and mixing in self-propelled droplets
我们考虑由内部流动驱动的自推进液滴。示踪粒子，这是平流的流动，在一般遵循混沌轨迹，即使自主游泳者的运动是完全规则的。流动是混合的，并且对于例如在真核细胞中实现的Péclet和Batchelor数，平流混合可以大大加速甚至主导扩散的运输。
2019-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Mixing and coherent structures in two-dimensional viscous flows
我们引入了一个基于概率密度$ϕ(σ,x,y,t)$的涡度$σ$在二维粘性流的动力学描述，使平均涡度演变根据纳维-斯托克斯方程。定义了一个依赖于时间的混合指数，并研究了使该指数最大化的概率密度类。拉格朗日乘子的时间依赖性可以这样选择，即与每个涡度值$σ$相关的质量$m(σ,t):=\intdxdy ϕ(σ,x,y,t)$是守恒的。当质量$m(σ,t)$守恒时，则1）混合指数满足H定理，以及2）混合指数是在无粘性2D流的统计力学理论中采用的熵的时间依赖性模拟[Miller，Weichman & Cross，Phys.Rev.A \textbf{45}（1992）; Robert & Sommeria，Phys. Rev. Lett. \textbf{69}，2776（1992）]。在这个框架内，我们还展示了如何重建的准稳态相干结构的概率密度从实验确定的涡流函数关系，我们提供了一个连接这个概率密度和一个适当的初始分布。
2007-02-05 cond-mat.other physics.flu-dyn
