Inlet swirl decay and mixing in a laminar micropipe flow with wall slip
本文对有壁面滑移的直微管内层流衰减进口旋流流动进行了解析求解，并对解进行了数值验证。在充分发展的抛物线型轴向速度分布的基础上，采用分离变量法求解旋流速度方程。该解表示为流动雷诺数、微管道内到入口的轴向距离、壁面滑移和入口旋流速度分布的函数。分析了各参数对旋流速度分布和旋流衰减的影响。在管内流体流动中加入旋流速度对提高输送特性具有重要意义。本文的研究结果为旋流装置的设计提供了计算考虑壁面滑移时旋流速度分布的解析公式。此外，为了量化混合，将旋流中流体颗粒从入口行进的平均距离的变化与无旋流情况下流体颗粒行进的平均距离进行比较。获得了平均行进距离的明显增强。我们认为，目前的工作对于寻求增强微管道传输特性的研究人员很有用。
2019-09-16 physics.flu-dyn
An elementary model for an advancing autoignition front in laminar reactive co-flow jets injected into supercritical water
本文针对高压水环境中反应性共流射流的推进自燃前沿传播问题，提出一个由扩散-吸收-对流方程构成的初等模型，并通过渐近与数值分析揭示其在熄灭临界状态下可约化为双稳态反应-扩散方程。
2023-11-16 nlin.PS physics.flu-dyn
Turbulent mixing of a slightly supercritical Van der Waals fluid at Low-Mach number
超临界流体在临界点附近具有类似液体的密度和类似气体的输运性质。这些功能被有目的地利用在不同的情况下，从天然产品提取/分馏到航空航天推进。大部分的研究涉及这最后的背景下，集中在高马赫数的压缩性和热力学严格相互作用的超临界流体的动力学。尽管在低马赫数下也广泛使用，但在这一范围内，轻微超临界流体的湍流混合特性仍未得到详细研究。本文通过对同轴射流的直接数值模拟（DNS），讨论了微超临界范德华流体的流动特性。由于声学效应在许多工业应用中发现的低马赫数条件下是无关的，因此数值模型基于控制方程的适当低马赫数展开。根据实验观察，弱超临界状态的特征是在分离两股流的剪切层中形成指状结构-所谓的韧带。从模拟中提取了马赫数消失时韧带形成的机制，并提供了详细的统计特性。韧带总是形成时，高密度的对比发生，独立于真实或完美的气体行为。在韧带小尺度结构中发现了真实气体条件与理想气体条件之间的差异。更强烈的密度梯度和更薄的界面特征的近临界流体相比，完美气体的平滑行为。本文根据真实气体热力学性质给出了唯象解释。
2014-05-20 physics.flu-dyn
Numerical Study of the Mixing Process of Unconfined Diffusion Flame in a Laminar to Transition-to-Turbulent Regime in a Four-Port Array Burner
对液化石油气与空气在扩散火焰中的多股射流混合过程进行了数值分析。案例研究考虑了四端口阵列燃烧器，其中燃料由四个外围喷嘴喷射并与周围空气混合。数值模拟采用雷诺平均Navier-Stokes方法，湍流效应采用可实现的k-ε模型。此外，采用涡耗散模型计算了湍流化学反应速率的影响。结果表明，本质混合机制发生在燃料射流相互作用的火焰锥内。然而，混合过程由射流阻力驱动，允许空气/燃料平稳混合物在两个区域达到可燃性极限：一个在较低位置或靠近燃烧器表面，第二个在火焰前缘发展之前。整个混合机制随着火焰颈缩锥的发展而达到顶点。落入锥形半径的任何空气浓度将被夹带，从而有助于整个火焰结构。由于锥形半径范围仅受射流阵列的径向距离和喷嘴距离的限制，因此火焰高度仅取决于燃料质量流量。
2020-08-31 physics.flu-dyn
Flow Dynamics of a Dodecane Jet in Oxygen Crossflow at Supercritical Pressures
本研究通过大涡模拟和线性稳定性分析，揭示了超临界压力下十二烷射流在氧横流中的稳定性受压力与动量通量比影响，并发现真实流体效应可改变剪切层失稳特性。
2023-10-12 physics.flu-dyn
Lagrangian transport and chaotic advection in three-dimensional laminar flows
流体流动中标量的输运和混合在工业和自然界中普遍存在。湍流通过其固有的随机性促进有效的输送和混合。层流缺乏这样的自然混合机制，有效的输送更具挑战性。然而，层流是必不可少的许多问题和洞察其传输特性的重要性。可以说，用拉格朗日流体运动（“平流”）和流体轨迹的几何、拓扑和连贯性来描述层流输送是最好的。有效的层流输送相当于“混沌平流”，这是这一方法的一个关键发现。拉格朗日框架能够系统地分析和设计层流。然而，拉格朗日输运的科学见解和技术应用之间的差距是巨大的，主要有两个原因。首先，许多研究关注二维（2D）流动，但现实世界是三维（3D）的。第二，拉格朗日运输通常是理想化的流量，但实际的相关性需要研究现实的三维流动。本审查的目的是刺激进一步开发和利用的专有技术的三维拉格朗日运输和传播实践。为此，3D实际流被归类为典型的问题。首先，揭示拉格朗日输运的多样性，并使人们认识到它的广泛相关性。第二，促进科学学科内部和学科之间的知识转移。第三，调和实际流动与拉格朗日输送和混沌平流的基本原理。这可能是在结构上将“拉格朗日思维”纳入三维实际流动的分析和设计的第一个动机。
2019-04-16 nlin.CD physics.app-ph physics.bio-ph
The effect of mechanical stirring on buoyancy-driven circulations
对Boussinesq流体的机械搅拌水平对流的能量学的理论分析得出以下公式：G（APE）= γ_{mixing} G（KE）+（1+γ_{mixing}）W_{r,laminar}式中G（APE）和G（KE）分别为浮力和机械力所作的功率，γ_{mixing}为混合效率，以及W_{r,laminar}是由于分子扩散引起的重力势能的背景增加率。该公式表明，即使在混合效率较低的情况下，机械搅拌也容易引起很强的浮力驱动的翻转池（即大的G（APE）），而只有在γ_{mixing} >> 1的情况下，才有可能在没有机械搅拌的情况下产生这种翻转池。此外，当$γ_{mixing} G(KE) >> (1+γ_{mixing}) W_{r,laminar}$。这一结果解释了为什么在实验室实验中由\cite{Whitehead2008}进行的浮力驱动的翻转池被搅拌棒的横向运动放大。这个公式意味着，海洋热机的热力学效率远不像通常所说的那样小到可以忽略不计，事实上，由于风和潮汐的搅动，它可能会尽可能大。这些想法进一步说明了理想化的数值实验。还给出了上述公式的一个非Boussinesq推广。
2009-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of high-pressure mixing in turbulent jets
在采用柴油、燃气轮机和液体火箭发动机的汽车和航空航天应用中，燃烧之前是燃料和氧化剂在高压下的喷射和混合，通常超过混合物临界值。实验观察表明，在超临界压力下喷射的射流表现出显着不同的动态比射流在亚临界条件下，由于在超临界状态下缺乏明显的液相和气相。结果表明，在两种工况下，混合流体的平均流动量，如势核长度、射流空间增长率和速度衰减曲线等不同，从而导致混合流体的分布不同。在这项研究中，湍流射流直接数值模拟（DNS）进行检查之间的变化统计注入氮气（$\mathrm{N_{2}}$）在氮气（$\mathrm{N_{2}}$）在亚临界（理想气体）和超临界条件。考虑了雷诺数（$Re_{D}$）、喷孔直径（$D$）和喷孔速度（$U_{0}$）、$5000$和马赫数（$0.6$）下的等温圆射流。对于混合分析，被动标量与流动进行检查。
2019-07-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Laminar flow of two miscible fluids in a simple network
当由多相或多组分组成的流体流过网络时，会发生诸如多个稳定平衡态和自发振荡的非线性现象。这种行为已经在许多网络中观察到或预测到，包括血液通过微循环的流动，皮升液滴通过微流体装置的流动，岩浆通过熔岩管的流动，以及制冷系统中的两相流。虽然存在的非线性现象，在网络中有许多相互连接包含流体与复杂的流变学似乎并不令人惊讶，本文表明，即使是简单的网络包含牛顿流体的层流可以证明多重平衡。本文对两种不同密度和粘度的牛顿流体通过简单网络的层流流动进行了理论和实验研究。流体由于重力而分层，并且保持为几乎不同的相，其中仅通过扩散发生一些混合。这种流体系统的优点是易于控制和建模，但包含网络非线性的关键成分。实验和三维模拟首先被用来探索相位如何分布在一个单一的T形结。一旦在一个单一的交界处的相分离是已知的，一个网络模型的开发，预测在最简单的网络的多个平衡。多个稳定平衡点的存在证实了实验和它们的存在的标准。网络结果是通用的，可以应用于或在不同的物理系统中找到。
2012-10-14 physics.flu-dyn
Transient Behavior near Liquid-Gas Interface at Supercritical Pressure
数值传热和传质的配置，其中冷的液态烃突然引入到一个更热的气体在超临界压力下的分析表明，一个定义良好的相平衡，可以建立在典型的流体动力学不稳定性的实质性增长之前。界面处的平衡值很快达到接近稳定的值。足够厚的扩散层在液-气界面周围迅速形成（例如，3-10在10-100微秒内，对于液相为10-30微米，对于气相为10-30微米），其中随着物质混合的增强，密度变化随着压力变得越来越重要。虽然在所有分析的压力下，碳氢化合物会蒸发，气体会冷凝，但随着压力的增加，界面上的净质量通量会发生逆转，这表明在低压下，明显的蒸发驱动问题可能会在高压下出现冷凝。这是在热量仍然从气体传导到液体时实现的。对含有扩散层的固定质量元件的基本热力学定律的分析证明了所得结果的热力学可行性。
2018-05-04 physics.flu-dyn
Richtmyer-Meshkov mixing layer growth from localized perturbations
本文研究了具有空间局域扰动的初始表面上的Richtmyer-Meshkov混合层的生长。我们使用两种对称形式的初始补丁，它允许模拟数据被平均，以生成三维湍流的二维统计表示。我们发现，随着混合层的增长，湍流结构往往形成从表面分离的离散数据包，与材料夹带到他们为主的层流夹带流从周围地区的表面原本是光滑的。卷吸似乎是由出现在初始扰动区域边界处的涡对的传播控制的。这表明，RM混合从孤立的功能，如可能会发现在制造的惯性约束聚变胶囊的增长，有一个相当不同的机制比RM混合层的增长时，扰动是均匀的。这可能对现有的一些工程模型是一个挑战。
2019-08-07 physics.flu-dyn
Analysis of Brownian coagulation in the spatial mixing layer based on average kernel coupled with iterative direct numerical simulation framework
本文采用流体动力学与气溶胶动力学耦合的 Eulerian 迭代直接数值模拟框架，揭示空间混合层中剪切混合、涡量和初始浓度梯度对纳米颗粒布朗凝并及粒径演化的影响。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Dynamics of a vortex column of supercritical fluid across the pseudo-boiling line
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Texas Tech University（德克萨斯理工大学）
通过低马赫数数值模拟，研究超临界CO₂涡柱在拟沸腾线附近的热分层演化，发现粘性效应主导涡量变化，并识别出三种额外粘性机制，其中涡旋与粘性/密度梯度相互作用可产生反向涡量。
2026-06-17 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
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
Numerical Investigation of Coaxial GCH4/LOx Combustion at Supercritical Pressures
本文的目的是数值研究同轴气态甲烷液氧在超临界压力下的燃烧现象。湍流模型、真实气体模型和化学动力学模型的选择是低温高压燃烧数值模拟的关键。在这种超临界工作压力下，理想气体定律对这种情况不再有效。因此，我们系统地进行了比较研究，以分析真实气体模型，湍流参数和化学动力学在这种条件下的重要性。实际气体模型与NIST数据库的比较表明，SRK（Soave Redlich Kwong状态方程（EoS））模型预测与数据库更好的一致性。计算结果还表明，在采用非预混稳态b-PDF小火焰模型模拟燃烧过程时，采用修正常数的标准k-ε湍流模型比其他基于RANS的湍流模型更能捕捉火焰形状和温度峰值位置。此外，比较两种不同的化学动力学模型的比较研究表明，减少琼斯Lindstedt机制可以准确地预测火焰特性与最少的计算成本。最后，研究了燃烧室压力和液氧入口温度对火焰特性的影响。火焰特性表现出对燃烧室压力的强烈敏感性，这是由于随着压力的增加，伪沸腾效应减弱。作为通过跨临界混合层的能量和质量传递的较低湍流速率的结果，火焰传播在升高的压力和温度下变得更窄，从而在跨临界条件下产生增加的火焰长度。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Waves dictate the yo-yoing decay of a viscoelastic mixing layer
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
研究发现粘弹性流体的衰减混合层中波的形成导致均流摆动，与牛顿流体的单调发展形成鲜明对比，通过数值模拟和能量预算分析揭示了物理机制，建立了数学模型并求解非线性色散波解，解释了复杂几何中不稳粘弹性流的异常现象。
2026-06-24 physics.flu-dyn
The stability of stratified horizontal flows of carbon dioxide at supercritical pressures
本文通过阴影成像与壁温测量研究88.5 bar下二氧化碳水平槽道在顶/底加热时的分层稳定性，揭示稳定与不稳定分层对传热的相反作用。
2024-09-13 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of complete transition to turbulence with a fluid at supercritical pressure
该研究通过完全可压缩直接数值模拟，揭示超临界压力流体受热平板边界层在跨临界条件下由伪沸腾、逆流和强剪切层驱动的独特层流–湍流转捩机制，并验证变物性标度。
2025-06-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A bilateral shear layer between two parallel Couette flows
我们考虑的剪切层的一种以前没有研究过我们的知识。与经典的自由剪切层相反，剪切区的宽度在流向方向上不变化，而是表现出横向变化。在一些简化假设的基础上，导出了新剪切层的解析解。通过与全纳维-斯托克斯方程的数值解的比较，证明了这些假设是合理的，在整个区域内，数值解与解析解的一致性优于1%。一个明确的公式被发现的剪切区的宽度作为壁法线坐标的函数。在层流状态下，该宽度与壁面速度无关。在相同的几何形状的并流层流湍流剪切层的初步结果也被提出。剪切层的不稳定性，然后开发，并导致在两个并流之间的界面处的不稳定的混合区。
2012-02-27 physics.flu-dyn
Multi-component vapor-liquid equilibrium model for LES and application to ECN Spray A
本文提出并评价了一个详细的多组分两相热力学平衡模型，用于高压下液体燃料喷射和混合的大涡模拟（LES）。该模型能较好地描述超临界和多组分亚临界两相共存状态。大涡模拟结果与实验数据吻合得很好。我们还解决了著名的跨和超临界流体混合的数值挑战，并比较完全保守的制定准保守的制定的控制方程。我们的结果证明了物理和数值的一致性，这两种方法在细网格和典型LES网格上的能量守恒误差与准保守的提法展示。
2016-09-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental study of turbulent mixing in a T-shaped mixer
本研究引入新型实验装置对T形混合器中的湍流混合进行光学研究，通过二维粒子图像测速和平面激光诱导荧光测量表征湍流动能、耗散及标量浓度方差，并与模型预测和直接数值模拟结果进行了对比。
2025-09-12 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Diffusion Flame in Transonic Flow with Large Pressure Gradient
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究脉动流中扩散火焰的湍流输运特性，探讨化学反应对湍流粘性的影响，验证了涡轮-燃烧概念的可行性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Liquid-jet instability at high pressures with real-fluid interface thermodynamics
在超临界压力下喷射液体燃料是燃烧中的一个相关课题，但通常被忽视。在过去，液体实验快速过渡到超临界状态的错误假设，从而忽略了两相界面动力学在雾化过程的早期阶段的任何作用。然而，最近的研究表明，当地的热力学相平衡和混合之间的参与物种允许在这个压力范围内的两相共存。在这项工作中，适用于变密度的真实流体的体积的方法被用来解决低马赫数的控制方程耦合的热力学模型的基础上的Soave-Redlich-Kwong状态方程。分析了150 bar下正癸烷组成的冷液体射流与氧气组成的热气体的混合过程、界面热力学和早期变形。虽然热从较热的气体传导到液体中，但净冷凝可以在高压下提供适当的局部能量平衡。然后，蒸发和冷凝可以同时发生在不同的界面位置。随着压力的增加，液体和气体混合物在界面附近变得更加相似。因此，低表面张力力和气体状液体粘度的组合导致表面不稳定性的早期增长。早期的结果表明与高韦伯数不可压缩流有某些相似之处。采用动力学涡识别方法，分析了涡动力学对界面变形的影响。
2021-12-13 physics.flu-dyn
Experimental and Numerical Investigation of Phase Separation due to Multi-Component Mixing at High-Pressure Conditions
为了更好地理解和预测高压喷射到气体环境中，进行了实验和数值模拟。特别是，重点放在一个初始的超临界流体相分离过程中，由于与周围环境的相互作用。将正己烷注入到充满纯氮气的5 MPa和293 K的腔室中，并选择三种不同的测试情况，使得它们覆盖热力学非理想性的制度，特别是源于潜在相分离的影响，是显着的。同时进行了阴影和弹性光散射实验，以捕捉流动结构以及相分离。此外，采用汽液平衡模型进行了大涡模拟。实验和数值计算结果表明，在先验计算预测两相流的情况下，相形成。此外，形成过程的定性特征之间的实验和数值模拟和过渡行为从稠密气体喷雾状射流被捕获。
2017-06-13 physics.flu-dyn
Temporal atomization of a transcritical liquid n-decane jet into oxygen
本文通过两相低马赫数数值模拟研究跨临界条件下正癸烷射流进入氧气中的早期混合与变形，揭示低表面张力下类气体剪切变形主导表面积增长而非传统液滴雾化。
2022-04-21 physics.flu-dyn
Reacting and Non-reacting, Three-dimensional Shear Layers with Spanwise Stretching
本文分析了在边界层近似下，在混合、化学反应和外加法向应变作用下，三维定常层流剪切层流在空间上的发展。所施加的应变产生了一个逆流，使涡量沿展向伸展。方程简化为三个速度分量的二维形式。考虑Damköhler数、Prandtl数、化学成分和自由流速度比等参数输入，数值求解了二维形式的控制方程的非反应和反应情况。非反应性情况的分析集中在较热的气态氧和较冷的气态丙烷之间的混合。自由流应变率κ由常微分方程根据施加的展向压力变化预测。一步化学动力学被用来描述扩散火焰和多火焰结构。施加的法向应变率对下游混合层的宽度以及燃烧速率有显著的影响。在下游方向上，如果施加的法向应变率是常数，则剪切层的宽度渐近地为常数。当外加应变率随下游距离的倒数减小时，得到了层宽随下游距离的平方根增大的类似解。
2022-09-12 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
Vorticity dynamics in transcritical liquid jet breakup
本文利用可压缩涡识别方法 $λ_ρ$ 研究超临界压力下跨临界正癸烷射流的涡动力学，揭示发夹涡和滚转涡驱动液瓣变形、液片分层撕裂及富燃料气团形成，并阐明变密度效应下涡量生成机制与亚临界雾化的差异。
2023-01-30 physics.flu-dyn
Quantification of errors in large-eddy simulations of a spatially-evolving mixing layer
采用基于广义多项式混沌（gPC）的随机方法，对空间演化混合层流动的大涡模拟（LES）误差及其对不同模拟参数（即流向和横向网格拉伸以及亚网格尺度模型常数（$C_S$））的敏感性进行了定量分析。相对于高分辨率LES（HRLES）的结果和不同的感兴趣的量，即平均流向速度，动量厚度和剪切应力的误差进行评估。所考虑的空间演变流的一个典型特征是从层流状态（高度依赖于入口条件）逐渐过渡到完全发展的湍流状态。因此，将计算域划分为两个不同的区域（\textit{inlet dependent}和\textit{fully turbulent}），并分别对这两个区域进行gPC误差分析。还对这两个区域进行了参数优化。对于所有考虑的量，结果指出，误差主要是由$C_S$常数的值。在入口依赖区的末端，观察到正常拉伸比和$C_S$值之间的强耦合。在依赖入口的上游区域中，对参数值的误差灵敏度明显更大;然而，对于所有考虑的物理量，通过对参数进行自组织调整，可以在该区域中获得低误差值。相反，在湍流状态下，误差整体较低，对参数变化不太敏感，但更难找到一组参数值，导致所有分析的物理量的最佳结果。
2013-09-26 physics.flu-dyn
Quasi-DNS with chemical kinetics for near blow-out dynamics of a single multi-injection burner element for future gas turbine applications
Institute of Fluid Science, Tohoku University（东北大学流体科学研究所）
针对燃气轮机燃烧器近贫油吹熄极限的动力学问题，开发了包含详细甲烷-空气化学反应的准直接数值模拟工作流程，以同轴燃烧器为模型，揭示了混合管出口涡旋混合导致的延伸和结构化放热区域，为分析火焰结构、稳定性和吹熄相关动力学提供了可重用框架。
2026-05-22 physics.flu-dyn
Stratified inclined duct: two-layer hydraulics and instabilities
分层倾斜导管（SID）维持交换流在一个长的，轻轻倾斜的管道作为一个模型，连续强制密度分层流，如那些发现在河口。实验表明，出现的界面波和它们的过渡到湍流的倾斜角的增加似乎与阈值的交换流量由无粘性的两层水力学。我们发现这些水力机制与（i）最近的直接数值模拟（DNS）提供了完整的流量数据，在关键的流动制度（朱和Atoufi等人，arXiv：2301.09773，2023），（ii）平均这些DNS分为两层，（iii）无粘性两层浅水和不稳定理论，以诊断界面波的行为，并提供物理见解。层流在整个管道中是亚临界和稳定的，并且在管道的端部处是液压控制的。随着倾斜的增加，流动变得到处都是超临界的，并且对长波不稳定。一个内部的起伏跳跃，具有驻波首先出现在附近的中心的管道，然后导致较大幅度的行波，并在最大的倾斜角更强的跳跃，波破碎和间歇性湍流。长波（非线性）浅水方程描述的局部解释为线性波的两层平行的底流描述的泰勒-戈尔茨坦方程。这种联系有助于我们解释长波不稳定性，并将其与短波（例如开尔文-亥姆霍兹）不稳定性进行对比。我们的研究结果表明，通过长波不稳定性依赖于垂直限制的顶部和底部的墙壁在SID湍流的过渡。
2023-01-30 physics.flu-dyn
Turbulent transport by diffusive stratified shear flows: from local to global models. Part II: Limitations of local models
本文继续本系列第一部分开始的扩散剪切不稳定性的系统研究。在这项工作中，我们主要集中在量化的影响，非本地混合，这是不考虑在Zahn的混合模型\citep{Zahn92}。我们提出了一个新的模型设置，旨在包含共存的层流和湍流剪切层的直接数值模拟的结果。与第一部分一样，我们使用\citet{Lign1999}的低Péclet数近似来模拟扰动的演化。我们的主要发现有两个方面。首先，湍流不一定是在满足Zahn的非线性准则\citep{Zahn1974} $J{\rm Pr} < (J{\rm Pr})_c$时产生的，其中$J=N^2/S^2$是局部梯度Richardson数，${\rm Pr} = ν/ κ_T$是普朗特数，而$(J{\rm Pr})_c \simeq 0.007$。我们已经证明，在这个极限中，湍流混合的存在或不存在滞后地取决于剪切层的历史。第二，Zahn的非线性不稳定性准则仅大致定位于湍流层的边缘，并且混合超出$J{\rm Pr} < (J{\rm Pr})_c$也可以以类似于对流过冲的方式发生的区域。我们发现，湍流动能在剪切不稳定区的边缘外大致呈指数衰减，其长度尺度$δ$与湍流涡旋的尺度成正比，而湍流涡旋的尺度本身是赞恩尺度的量级（见第一部分）。我们的研究结果表明，混合扩散剪切不稳定性应建模更小心比目前标准的恒星演化代码。
2018-06-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn
On the miscible Rayleigh-Taylor instability: two and three dimensions
我们调查混溶瑞利-泰勒（RT）不稳定性在2和3维使用直接数值模拟，其中工作流体假设下的Boussinesq近似不可压缩。我们首先考虑随机扰动界面的情况。与各种诊断，我们开发了一个物理图片的详细的时间发展的混合层：我们确定了三个不同的演化阶段的发展的混合层，这可以与详细的变化混合区的增长。我们的分析为观察到的二维和三维RT不稳定性之间的差异提供了一个解释;分析还使我们集中于RT模型，该模型（1）对层流和湍流同样有效，（2）不依赖于流体之间混合层内的湍流标度。这些候选RT模型基于气泡（或羽流）内的点源以及彼此（或背景流）的相互作用。有了这个动机，我们研究了单羽流的演变，并与我们的数值结果（单羽流）羽流演变的一个简单的分析模型。
2001-10-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of the Moist Stably Stratified Surface Layer: Turbulence and Fog Formation
我们调查的稳定分层的表面层上的冷凝和液态水负荷的影响，着眼于了解雾形成的湍流混合的影响。直接数值模拟（DNS）的干和湿明渠流进行，在这两个恒定的冷却率是在地面上应用，以模仿长波辐射冷却。取决于冷却速率，它可以导致湍流（弱稳定）或层流（非常稳定）。与完全干燥的情况相比，液态水在潮湿情况下的冷凝使得在导致湍流崩溃之前能够实现稍高的冷却速率。在非常稳定的情况下，失控冷却导致接近地面的液态水大量凝结，并在大部分区域产生雾（能见度小于1公里）。在弱稳定的情况下，湍流混合在类似的时间段内仅产生接近地面1公里的湍流。然而，尽管该系统的理想化的性质，目前的结果表明，湍流阻碍，虽然不一定会抑制，雾的形成。一个可能的机制内形成雾的湍流，其中增加的液态水含量的区域内形成的低速条纹的近壁循环。这些条纹在潮湿的情况下，由于减少了耗散的湍流动能相比，干燥的情况下，虽然在这两种情况下的条纹是不那么有活力和持久性比中性分层流。
2020-12-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
