Towards direct numerical simulation of turbulent co-current Taylor bubble flow
本文提出了一种湍流并流泰勒泡状流的数值模拟策略。本文是文献[2]中对并流湍流Taylor泡状流的大涡模拟（LES）工作的继续。据观察，主要挑战之一是物理上准确预测泰勒气泡裙的行为，以及相关的气泡脱落。在LES的结果中观察到的泰勒气泡的尾流中的湍流波动的低估。有人认为，这是由于LES网格分辨率不足以准确捕获破碎和气泡形成引起的气泡脱落导致的Taylor气泡空隙损失的过度预测。为了解决这个问题，在目前的工作中，我们提出了一个DNS的方法，并流湍流泰勒气泡流称为RK-Basilisk，Basilisk代码与本地自适应网格细化的基础上。该策略允许在气泡界面附近具有非常高的网格分辨率，而在其他地方允许网格更粗糙。每个时间步，网格是适应的基础上的空隙率标准。Basilisk的底层数据结构基于“八叉树”，与使用更通用的OpenFOAM代码进行的LES模拟相比，它允许更快的求解过程，因此网格点的数量要多得多。我们将结果与相同设置的实验数据以及并行LES OpenFOAM结果进行比较。湍流泰勒气泡流在并流条件下的设置允许低阶湍流模型的开发和更一般的两相建模策略的验证。泰勒泡状流本身也与特定的两相流情况相关。目前的工作有助于提高这种情况下的模拟能力。
2020-10-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Tuning a magnetic field to generate spinning ferrofluid droplets with controllable speed via nonlinear periodic interfacial waves
二维Hele-Shaw位形自由表面流动是探索非线性物理的一片沃土。自从Saffman和Taylor对流体-流体界面的线性不稳定性进行研究以来，人们已经花费了大量的精力来确定线性增长率的物理和强迫。然而，线性稳定并不总是意味着非线性稳定。我们演示了如何组合的径向和方位角的外部磁场可以操纵的线性不稳定的铁磁流体液滴在Hele-Shaw配置的界面形状。我们表明，弱非线性理论可以用来调整初始不稳定的增长。然后，非线性逮捕的不稳定性，并导致一个永久变形的液滴形状。具体来说，我们表明，变形液滴可以设置成运动与一个可预测的旋转速度，演示非线性行波上的流体-流体界面。最线性不稳定的波数和施加的外部磁场的组合强度决定了行波形状，该形状可以是不对称的。
2020-12-22 nlin.PS physics.flu-dyn
The influence of wall roughness on bubble drag reduction in Taylor-Couette turbulence
实验研究了湍流Taylor-Couette流中壁面粗糙度对气泡减阻的影响。两个同心的、独立旋转的圆柱体之间的流动。我们测量了有空气和无空气情况下系统的阻力，并通过在一个或两个圆柱上安装横向肋来增加粗糙度。对于光滑壁的情况下（无肋）和肋的情况下，内圆筒上只有，我们观察到强大的阻力减少$DR=33\%$和$DR=23\%$，分别为$α=6\%$的空隙率。然而，当肋安装在两个圆柱上或只安装在外圆柱上时，减阻效果很弱，小于$DR=11\%$，因此非常接近于减小有效密度的微不足道的效果。流动显示表明，在这两种情况下，即外圆柱上有肋的情况下，诱导了稳定的湍流泰勒涡-大尺度涡结构。这些强的二次流使气泡远离边界层，使气泡的作用比以前在光滑壁情况下观察到的要小。测量与反向旋转的光滑的圆柱体，一个政权，其中明显的泰勒辊也诱导，确认它确实是泰勒涡削弱气泡减阻机制。我们的研究结果表明，尽管气泡减阻确实对光滑壁有效，但其效果可能会被例如\生物污垢和无处不在的壁面粗糙度，因为粗糙度会引起强烈的二次流。
2018-04-08 physics.flu-dyn
Taylor bubble motion in stagnant and flowing liquids in vertical pipes. Part II: Linear stability analysis
在这项研究中，我们研究了轴对称泰勒气泡的线性稳定性的流动液体封闭在一个圆形的管道。对Abubakar和Matar（2021）在本研究第一部分中获得的轴对称基态进行线性化。稳定性的特征在于无量纲的逆粘度$\left( Nf \right)$，Eötvös $\left( Eo \right)$，和弗劳德数$\left( U_m \right)$，后者是基于中心线液体速度。分析表明，存在$(Nf,Eo,U_m)$空间内的气泡是不稳定的，并采取非对称形状的区域。为了阐明不稳定性的机制，进行了能量预算分析，揭示了扰动增长是由气泡压力为$Eo \geq 100$，和由切向界面应力为$Eo < 100$。还提供了各种$Nf$、$Eo$和$U_m$在不稳定性开始附近的不对称气泡形状及其相关流场的示例。
2021-09-19 physics.flu-dyn
Physical mechanisms governing drag reduction in turbulent Taylor-Couette flow with finite-size deformable bubbles
通过将气泡注入湍流载流流体中而引起的减阻现象已经被人们知道很长时间了;然而，对支配控制参数和基本物理学还没有很好地理解。在本文中，我们使用三维数值模拟揭示的影响，变形的气泡注入湍流泰勒-库埃特流的总阻力经历的系统。我们考虑两种不同的雷诺数的载体流，即$Re_i=5\times 10^3$和$Re_i=2\times 10^4$ ;通过韦伯数的范围内变化的$We=0.01 - 2.0$的气泡的变形性进行控制。我们的数值模拟表明，增加气泡的变形能力，$We$导致减阻增加。我们看看不同的物理效应，有助于减阻和分析他们的个人贡献，增加气泡变形能力。局部角速度通量的分布表明，在气泡的存在下，湍流增强的内筒附近，而在本体和外筒附近衰减。我们连接的阻力减少的增加，减少耗散的高度变形的气泡附近的内圆筒的尾流。
2018-05-10 physics.flu-dyn
Deformable ellipsoidal bubbles in Taylor-Couette flow with enhanced Euler-Lagrange tracking
在这项工作中，我们提出的数值模拟$10^5$亚Kolmogorov变形气泡分散在泰勒-库埃特流（壁有界剪切系统）旋转的内圆筒和外圆筒在休息。我们研究了两相系统中气泡的变形能力对载流流体引起的总阻力的影响。我们发现，在变形的气泡的结果在增强减阻由于一个更显着的积累附近的驱动内壁变形的气泡的增加。这种优先积累是由气泡在壁法线方向上的运动阻力增加引起的。增加的阻力与靠近壁的气泡的强烈变形有关，这使它们长形（沿一个轴拉伸）并沿流向定向。驱动壁附近气泡的浓度越大，意味着它们在削弱羽流喷射方面越有效，从而导致更强的减阻效果。这些模拟实际上是不可能的完全解决的技术是通过耦合的亚网格变形模型与双向耦合欧拉-拉格朗日跟踪分散在一个湍流领域，这是通过直接数值模拟解决亚Kolmogorov气泡。气泡被认为是椭圆形的形状和它们的变形是由一个演变方程，这取决于当地的流动条件和它们的表面张力。
2017-08-04 physics.flu-dyn
Nonlinear asymptotic bubble growth in single-mode spherical Rayleigh-Taylor instability
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
针对球形几何中单模态瑞利-泰勒不稳定性气泡的非线性增长，构建了适用于任意阿特伍德数及会聚、发散重力构型的解析模型，揭示了球形几何对气泡增长的不同影响，其预测与数值模拟吻合良好。
2026-08-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Releasing trapped Taylor bubbles via centrifugation and inclination
Sorbonne Université（索邦大学）；Università degli Studi di Cagliari（卡利亚里大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Université Côte d'Azur（蔚蓝海岸大学）
针对密封垂直管中泰勒气泡因半径低于临界值被困的问题，研究通过管旋转和倾斜两种策略调节加速度条件，预测新阈值并验证其与实验的一致性，为释放被困气泡提供实用方法。
2024-04-27 physics.flu-dyn
Taylor dispersion of bubble swarms rising in quiescent liquid
本研究通过3D拉格朗日追踪气泡和示踪粒子，揭示了静息水中上升气泡群的扩散特性，发现其水平均方位移因尾流诱导和湍流阻尼产生振荡，垂直扩散显著快于单气泡情况，并阐明了不同尺寸气泡群中示踪粒子的过渡时间差异机制。
2025-05-16 physics.flu-dyn
Combined effect of horizontal magnetic field and vorticity on Rayleigh Taylor instability
本文研究了水平磁场作用下任意Atwood数瑞利-泰勒不稳定性中气泡尖端的高度、曲率和速度。为了支持早期的模拟和实验结果，气泡内的涡产生的介绍。结果表明，在非线性阶段，气泡尖端参数的时间演化基本上依赖于磁场的强度和初始扰动，但其渐近性质与无磁情况一致.本文提出的模型与线性、非线性和模拟观测结果一致。
2016-08-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Revisiting the Late-Time Growth of Single-mode Rayleigh-Taylor Instability and the Role of Vorticity
使用完全可压缩的高分辨率模拟，在2D和3D中重新审视了单流体单模瑞利-泰勒不稳定性（RTI）的增长。系统地分析了扰动雷诺数（$Re_p$）和阿特伍德数（$A$）对RTI后期增长的影响。与通常认为的单模RTI达到最终气泡速度相反，我们发现当$Re_p$足够大时，气泡重新加速，与[Ramaparabhu等人，2006年，Wei和Livescu 2012年]一致。然而，与[Ramaparabhu et al. 2006]不同的是，我们发现，对于足够高的$Re_p$，气泡的后期加速是持久的，不会消失。涡度动力学分析表明，气泡内的涡和再加速之间存在明显的相关性。由于气泡和尖峰（垂直）轴周围的对称性，旋涡的自传播速度指向垂直方向。如果粘度足够小，则涡流持续足够长的时间以进入气泡尖端并加速气泡[Wei和Livescu 2012]。在消融性RTI中也观察到了类似的效果[Betti和Sanz 2006]。随着峰值增长相对于高$A$气泡的增长而增加，涡量产生向下移动，远离中心线并朝向峰值尖端。我们通过引入涡量效率因子$η=0.45$来修正Betti-Sanz气泡速度模型，以准确地解释由气泡尖端涡量引起的再加速。先前已经提出，在高$A$下，涡量产生和相关的气泡再加速被抑制。然而，我们提出的证据表明，如果大的$Re_p$限制是第一次，气泡再加速仍然是可能的。我们的研究结果还表明，再加速是更容易发生在3D比…
2019-10-08 physics.flu-dyn
Nanofluid transport in Taylor bubble flows
School of Engineering, University of Birmingham（伯明翰大学工程学院）；School of Chemical Engineering, University of Birmingham（伯明翰大学化学工程学院）
本文开发欧拉-拉格朗日框架研究泰勒气泡流中纳米流体输运，揭示粘滞-惯性区Nu的影响因素，发现颗粒体积分数φ~10⁻²时泰勒流偏离努塞尔特标度，对传统混合方法适用性提出质疑。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Competition evolution of Rayleigh-Taylor bubbles
瑞利-泰勒不稳定性引起的材料混合现象在自然界和工程中普遍存在，当轻流体与重流体相互作用时，伴随着混沌气泡的形成和演化。其一般演化过程涉及两种机制：泡沫合并和泡沫竞争。前者遵循一个统一的演化规律，已得到充分的研究，而后者取决于许多因素，尚未得到很好的认识。在本文中，我们为后者建立了一个理论，以澄清和量化长期存在的开放问题：气泡演化对任意密度比，宽带初始扰动和各种材料性质（例如，粘度、溶解性、表面张量）。最重要的特征量的演变，即，主要气泡的直径$D$和气泡区的高度$h$由以下公式导出：（i）$D$以稳定的纵横比$β\equiv D/h \thickapprox (1{\rm{ + }}A)/4$自相似地膨胀，仅取决于无量纲密度比$A$，以及（ii）$h$以恒定的增长系数$α\equiv h/(Ag{t^2}) \thickapprox [2ϕ/{\ln}(2{η_{\rm{0}}})]^2$二次增长，取决于无量纲初始扰动幅度${η_{\rm{0}}}$和与材料性质相关的线性增长率比$ϕ\equivΓ_{actual}/Γ_{ideal}\leqslant1$。该理论成功地解释了在实验和模拟中关于广泛变化的$α\in (0.02,0.12)$的持续困惑，在$A \in (0,1)$的所有值和${η_{\rm{0}}} \in [{10^{ - 7}},{10^{ - 2}}]$的广泛变化…
2017-07-23 physics.flu-dyn
The Nonlinear Asymptotic Stage of the Rayleigh-Taylor Instability with Wide Bubbles and Narrowing Spikes
本文考虑不可压缩无粘重流体在轻流体上的势流。匹配渐近展开的方法的积分版本适用于建设的解决方案在很长的时间间隔。渐近解描述了气泡以恒定速度上升而“舌头”处于自由降落的流动。外部膨胀是静止的，但内部膨胀依赖于时间。结果表明，该解存在于Vanden-Broeck（1984 a，b）所得到的Froude数的相同范围内.弗劳德数和解依赖于扰动的初始能量。当弗劳德数不等于0.23时，在气泡顶部，自由表面曲率的导数具有不连续性。这使得有可能确定的选择的解决方案中获得的一些研究与人工数值表面张力的存在。当包括大的表面张力时，获得舌头附近的第一校正项。
2013-08-30 physics.flu-dyn
Salts promote or inhibit bubbly drag reduction in turbulent Taylor-Couette flows
本研究通过湍流Taylor-Couette流实验考察不同盐类对气泡减阻的影响，发现抑制气泡聚并的盐类会削弱减阻效果，而不抑制聚并的NaCH3COO反而增强减阻，并揭示气泡可变形性对有效减阻至关重要。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Drag reduction in boiling Taylor-Couette turbulence
我们创建了一个高度受控的实验室环境，可进行全球和本地监测，以分析湍流沸腾流，特别是统计稳定状态下的剪切应力。也就是说，通过精确监测强湍流泰勒-库埃特流（两个同轴旋转圆柱之间的流动，雷诺数$\textrm{Re}\approx 10^6$）从非沸腾到沸腾的过渡过程中的阻力，我们表明，直观的预期，即几个体积百分比的蒸汽气泡将相应地改变几个百分点的整体阻力，是错误的。相反，我们发现，在这些条件下，发生了高达45%的显着的全球阻力减少。我们将这个全球性的结果，我们的本地观测，表明，主要减阻的蒸汽泡变形是至关重要的，对应于韦伯数大于一。我们将我们的研究结果与气泡湍流的结果进行了比较，气泡遵循与蒸汽气泡非常不同的物理学。尽管如此，我们还是发现了显著的相似之处，并对它们进行了解释。
2019-09-09 physics.flu-dyn
Microbubbly drag reduction in Taylor-Couette flow in the wavy vortex regime
通过直接数值模拟的方法研究了微气泡对Taylor-Couette流动的影响。我们采用欧拉-拉格朗日方法与气-液力偶合器的基础上的点力近似。在对单个气泡的运动建模时，考虑了附加质量、阻力、升力和重力。我们发现，非常稀的悬浮液的小的不可变形的气泡（体积空隙率低于1%，零韦伯数和气泡雷诺数<10）诱导一个强大的统计稳定的阻力减少（高达20%）在所谓的波涡流区（Re = 600-2500）。归一化扭矩的雷诺数依赖性（所谓的扭矩减小比（TRR），其对应于阻力减小）与Murai等人（J.Phys.14，143（2005））最近进行的一系列实验测量一致。我们的分析表明，在这个政权的扭矩减少的物理机制是由于局部轴向力，引起的气泡上升，这是能够打破系统中的高耗散泰勒波涡。我们最终表明，在这个过程中，升力作用在气泡上是至关重要的。当忽略它时，气泡优先聚集在内筒附近，并且整体流动的修改效率较低。
2007-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Three-Dimensional Morphology of Vortex Interfaces Driven by Rayleigh-Taylor or Richtmyer-Meshkov Instability
研究了瑞利-泰勒（RT）和里希特迈尔-梅什科夫（RM）单模的三维拓扑结构，包括气泡、喷流和鞍点。我们提出了一个解析描述的接口作为一个整体，任意时间依赖的加速度g（t）。研究了气泡的形状对晶格形状的依赖性--多边形、正方形或三角形。在大密度比的情况下，RM加速度产生彼此分离的射流，而在RT情况下，射流由液体片连接。我们比较我们的分析结果的数值模拟。
2001-04-25 physics.flu-dyn
Sodium chloride inhibits effective bubbly drag reduction in turbulent bubbly Taylor-Couette flows
使用泰勒-库埃特几何，我们实验研究盐对流动中存在的气泡引起的减阻效果。我们将扭矩测量与光学高速成像相结合，将气泡尺寸与流动所经历的阻力相关联。以前的研究结果表明，一小部分空气（4%）可以导致显着的阻力减少（40%）。与以前主要使用淡水的实验室实验不同，我们将改变淡水的盐度到海水的平均盐度。我们发现，随着盐浓度的增加，减阻越来越受到抑制;从淡水的40%到海水的15%。存在于工作流体中的盐抑制聚结事件，导致流动中的较小气泡，并且由此降低减阻。在临界盐度以上，增加盐度对流中的气泡尺寸没有进一步的影响，因此对流所经历的阻力没有进一步的影响。我们的新发现证明了NaCl对气泡减阻机制的重要性，并将进一步挑战海军建筑师在海洋船舶上实施有前途的空气润滑系统。
2022-10-28 physics.flu-dyn
On the oscillatory dynamics of a Saffman--Taylor finger with a bubble at its tip
本研究扩展了Hele-Shaw通道中气指尖端放置气泡的实验，发现系统在流量和气泡大小定义的相空间中存在稳定、振荡及无序动力学区域，揭示了曲率匹配导致压力梯度消失引发振荡的机制。
2025-06-01 physics.flu-dyn
Bubble bean bags in shampoo
在这些流体动力学视频中，我们第一次展示了“泰勒气泡”与其较小且形状不同的对应物在剪切稀化的非牛顿流体中的各种相互作用，该流体被限制在狭窄的通道中。
2011-10-14 physics.flu-dyn
The importance of bubble deformability for strong drag reduction in bubbly turbulent Taylor-Couette flow
在雷诺数Re = 5 × 10^5 ~ 2 × 10^6范围内，采用静止外圆柱和平均气泡直径约为1 mm的气泡湍流Taylor-Couette（TC）流动，对整体和局部进行了研究。在0%~ 4%的范围内，我们测量了基于整体尺度扭矩作为整体气体体积分数a_global的函数的减阻（DR）。当Re = 5.1 x 10^5时，我们观察到高达7%的中等DR。当Re = 1.0 x 10^6和2.0 x 10^6时，DR明显更强，当Re = 2.0 x 10^6和a_global = 4%时，DR明显超过40%。为了揭示两个明显不同的制度，中度DR和强DR，我们调查的局部液体流动速度和局部气泡的统计，特别是径向气体浓度分布和气泡尺寸分布，为两种不同的情况;在中度DR区域中Re = 5.1 x 10^5，在强DR区域中Re = 1.0 x 10^6，两者均在a_global = 3 +/-0.5%。通过定义和测量局部气泡韦伯数（We）在TC间隙接近IC壁，我们观察到，从中度到强DR政权的交叉大致发生在We ~ 1的交叉。在Re = 1.0 x 10^6的强DR区域中，我们发现We > 1，当接近内壁时达到9（+7，-2）的值，这表明气泡在靠近内壁时会逐渐变形。在Re = 5.1 x 10^5的中等DR区域，我们发现We ~ 1，表明气泡更硬，即使平均气泡直径更大，即1.2（+0.7，-0.1…
2013-05-06 physics.flu-dyn
Single-bubble sonoluminescence: Shape stability analysis of collapse dynamics in a semianalytical approach
本文从理论上分析了声致发光气泡的流体动力学形状稳定性问题。我们提出了一个半解析的方法来描述形状扰动的演化在强非线性制度的暴力崩溃。提出的近似估计液体粘度产生的阻尼率是用来阐明崩溃阶段的瑞利-泰勒不稳定性的后续演变的影响。我们表明，时间导数的形状扰动增长显着的气泡半径为零，形成在随后的反弹阶段不稳定的主要贡献。通过这种效应，瑞利-泰勒不稳定性可以急剧增强，从而对Barber等人[Phys. Rev. Lett. 72，1380（1994）]。
2000-09-14 physics.flu-dyn
Nonlinear bubble behaviours of compressible Rayleigh-Taylor instability with isothermal stratification in cylindrical geometry
本文通过直接数值模拟研究了圆柱几何中等温分层可压缩Rayleigh-Taylor不稳定性的非线性气泡演化，发现汇聚与发散情况存在显著差异，并提出了一种考虑密度变化、涡量积累和流动可压缩性的改进理论模型。
2025-02-02 physics.flu-dyn
Effects of Isothermal Stratification Strength on Vorticity Dynamics for Single-Mode Compressible Rayleigh-Taylor Instability
利用二维完全可压缩小波直接数值模拟方法研究了等温层化强度对单模Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）涡动力学的影响。模拟模型低阿特伍德数（$A=0.04$）RTI发展为四种不同的分层强度，对应于马赫数从0.3（弱分层）到1.2（强分层），和三个不同的扰动雷诺数，从5,000到20000。所有的模拟使用自适应小波为基础的网格细化，以实现非常精细的空间分辨率在相对较低的计算成本。对于所有分层，泡沫和尖峰经历指数增长制度，其次是RTI的演变放缓。对于最弱的分层，这种放缓，然后再加速，而较强的分层RTI增长的抑制继续。气泡和尖峰不对称观察到弱分层，随着分层强度的增加，气泡和尖峰的增长率变得越来越相似。对于研究的情况下，有相对较小的影响，雷诺数上的气泡和穗的高度，虽然二次涡的形成变得更加明显，雷诺数的增加。通过对涡度输运方程的分析，揭示了不可压斜压性对小层结和中等层结的RTI增长的驱动作用，但对较强层结的涡度产生和RTI增长的抑制作用越来越明显。斜压性的这些变化被用来解释RTI增长的抑制强分层，以及气泡和尖峰增长率的异常不对称性弱分层。
2018-12-14 physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
Scale-dependent Rayleigh-Taylor dynamics with variable acceleration by group theory approach
本文研究了加速度驱动的瑞利-泰勒不稳定性。我们回顾了现有的理论方法，应用群论的方法来解决这个长期存在的问题，并产生的瑞利-泰勒（RT）泡和RT尖峰的尺度依赖动力学的统一框架。对于早期的线性动力学，我们提供了RTI演化的加速度参数和初始条件的依赖性。对于后期的非线性动力学，我们找到了一个连续的家庭的渐近解，直接链接的界面速度的界面形态和界面剪切，推导出的解决方案，定期气泡和奇异尖峰，并研究这些解决方案的稳定性。严格描述RT族中特殊非线性解的性质，包括临界解、Taylor解、Layzer-drag解和Atwood解。结果表明，最快的Atwood泡是规则的、稳定的，而最快的Atwood尖峰是奇异的、不稳定的。RT动力学的本质上是多尺度和界面的特性。前者可以通过将气泡和尖峰的RT相干结构看作振幅不断增大的驻波来理解。后者意味着RT流有效地没有远离界面的流体运动，并且在界面附近具有强烈的流体运动，在界面处出现剪切驱动的旋涡结构。我们的理论与现有的观测结果一致，并阐述了广泛的基准，为未来的研究和更好地理解RT驱动的现象等离子体。
2020-07-01 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Late-time description of immiscible Rayleigh-Taylor instability: A lattice Boltzmann study
该研究用改进的格子Boltzmann多相方法探究不同参数下不混溶Rayleigh-Taylor不稳定性的晚期演化阶段，明确了各阶段特征与增长率规律，以及雷诺数、阿特伍德数对演化过程的影响。
2020-09-20 physics.flu-dyn
Finite-sized rigid spheres in turbulent Taylor-Couette flow
我们报告的修改阻力中性浮力球形颗粒在高度湍流泰勒-库埃特流。这些颗粒可以用来解开的影响，尺寸，变形能力，和体积分数的阻力，对比时，气泡流的阻力。我们发现，刚性球几乎没有改变系统的阻力超出平凡的粘度效应所造成的取代工作流体与颗粒。颗粒的大小对阻力有边际影响，较小直径的颗粒仅显示出略微较低的阻力。增加颗粒体积分数显示净阻力增加，因为流体的有效粘度也增加。增加颗粒体积分数的阻力的增加是通过执行激光多普勒风速仪，我们发现，湍流速度波动也随着体积分数的增加而增加。与刚性球相比，气泡的有效减阻也随雷诺数的增加而增加。气泡在减少整体阻力方面也更有效。
2018-04-19 physics.flu-dyn
Viscous Taylor droplets in axisymmetric and planar tubes: from Bretherton's theory to empirical models
本研究的目的是推导出精确的模型，定量表征毛细管中非零粘度液滴的动态特性。特别是，我们提出了用于将液滴从管壁分离的均匀膜厚度的模型，用于液滴前部和后部曲率和压力跳跃的模型，以及用于在毛细管数范围内的液滴速度的模型，$Ca$，从$10^{-4}$到$1$和内部到外部粘度比，$λ$，从$0$，即气泡到高粘度液滴。在小毛细管数的限制下获得的理论渐近结果与在较大$Ca$下的精确数值模拟相结合。有了这些模型，我们可以计算液滴引起的压降。低毛细管数（$Ca<10^{-3}$）下的膜厚度与$λ<1$一样长的气泡的Bretherton标度一致。对于较大的粘度比，在$λ>10^3$饱和到比气泡的膜厚度大$2^{2/3}$倍的值之前，膜厚度单调增加。在较大的毛细管数下，膜厚度遵循Aussillous \& Quéré（2000）提出的气泡有理函数，其拟合系数取决于粘度比。该系数修改了在大毛细管数下膜厚度饱和的值。液滴的速度被发现是强烈依赖于毛细管数和粘度比。计算$Ca>10^{-3}$的压降时，液滴前后帽的法向粘性应力不可忽略。
2018-07-02 physics.flu-dyn
Numerical study of three-dimensional single-mode Rayleigh-Taylor instability in turbulent mixing stage
瑞利-泰勒不稳定性（RTI）作为一种多尺度、强非线性的物理现象，在工程应用和科学研究中有着重要的作用。本文采用介观格子玻尔兹曼方法数值模拟了三维单模RTI的后期演化机制，详细研究了无量纲雷诺数和Atwood数对相界面动力学、尖峰和气泡生长的影响。在高雷诺数下，三维单模RTI的发展经历了四个不同的阶段：线性增长阶段、饱和速度增长阶段、再加速阶段和湍流混合阶段。在湍流混合阶段，可以观察到一系列复杂的界面结构，这些结构在低Atwood数时始终保持关于中轴的对称性，随着Atwood数的增加，尖峰和气泡内的对称线被破坏。分析了五种统计方法计算尖峰和气泡增长率的结果，揭示了三维单模RTI在湍流混合阶段的增长规律。结果表明，尖峰后期增长率随阿特伍德数的增加而增加，而气泡的增长率似乎与阿特伍德数无关，接近0.1左右的常数。随着雷诺数的减小，相界面的演化不能逐渐达到后期阶段，相界面的演化呈现层流状态。
2022-01-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Discrete Boltzmann modeling of Rayleigh-Taylor instability: effects of interfacial tension, viscosity and heat conductivity
用离散Boltzmann方法研究了具有分子间相互作用的可压缩流中的Rayleigh-Taylor不稳定性。考察了界面张力、粘度和导热系数对界面张力的影响。结果表明，在RTI演化的不同阶段，界面张力对扰动幅度、气泡速度和两种熵产生率的影响都表现出不同的规律。在气泡加速阶段，它抑制RTI的演化，而在渐近速度阶段，它首先促进然后抑制RTI的演化。粘度和热传导抑制RTI的演变。粘度对与热流相关的熵产生率的抑制作用表现在早期阶段，而对与热流相关的熵产生率的抑制作用表现在后期阶段。热传导对与热流有关的熵产率在早期阶段表现出促进作用。尽管如此，它提供了一个第一个促进，然后抑制在稍后阶段的熵产生率与热流。通过引入形态边界长度，我们发现界面长度随时间呈指数增长的阶段对应于气泡加速阶段。界面长度变化率的第一极大点和与粘性应力有关的熵产生率变化率的第一极大点可作为RTI进入渐近速度阶段的新判据。
2022-07-16 physics.flu-dyn
Effect of axially varying sandpaper roughness on bubbly drag reduction in Taylor-Couette turbulence
实验研究了粗糙壁面和光滑壁面交替变化对气泡减阻的影响。我们在Twente湍流泰勒-库埃特设施的光滑内筒（IC）周围应用宽度为$s$的粗糙砂纸带（$48.4\,mm$和$148.5\,mm$之间）和粗糙度高度为$k = 695\,μm$。在砂纸带之间，IC在相似的宽度$s$上未被覆盖，导致粗糙和光滑带交替，在轴向方向上具有恒定的图案。我们测量的DR在水中，起源于引入气泡的流体（剪切）雷诺数$\textit{Re}_s$范围从$0.5 \times 10^6$到$1.8 \times 10^6$。将结果与具有完全光滑IC和完全覆盖有相同粗糙度$k$的砂纸的IC的气泡DR测量进行比较。外圆柱体保持光滑，适用于所有变化。结果还比较了气泡DR测量，其中光滑的外圆柱体以与光滑的IC相反的方向旋转。这种反向旋转诱导的二次流结构与IC由交替的粗糙和光滑带组成时观察到的结构非常相似。对于粗糙度的测量，发现气泡DR最初随着$\textit{Re}_s$而更强烈地增加，然后趋于平稳以达到不再取决于$\textit{Re}_s$的值。这归因于气泡的更均匀的轴向分布，这是由于与在相同$\textit{Re}_s$处的完全光滑壁上的流动相比，流动的湍流强度增加。可以看到气泡在流中的粗糙壁段处积聚。这里，局部地，阻力最大，因此气泡的减阻效果感觉最强。因此，一个更大的气泡DR的最大值被发现为交替粗糙和光滑的壁相比…
2020-08-03 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of single mode three-dimensional Rayleigh-Taylor experiments
单模Rayleigh-Taylor不稳定性（smRTI）定义明确，理解不多，直接适用于许多流体流动，并通过其与多模Rayleigh-Taylor模型的关系。这项研究重现了三个低阿特伍德smRTI实验运行（威尔金森和雅各布斯，2007年）在一个专门版本的Nek 5000光谱元素代码。模拟使用的初始振幅，波长，加速度，阿特伍德数，和粘度从三个具体的实验，并施加无滑移和无通量的速度和标量的边界，分别。模拟再现线性，饱和，停滞，并在实验中看到的smRTI再加速阶段。此外，进入全速和标量场演示了三种不同的有限尺寸效应：壁阻力，壁升力，以及沿对角线的长波长模式。其中一个模拟在垂直方向上扩展了两个因子，由此产生的后期动态达到弗劳德数约1.8，高于先前报道的。最后，展向流的检查揭示了第一类二次流，其将标量从气泡-尖峰界面运输到气泡和尖峰中心。模拟和实验之间的协议激发信心的谱元方法研究瑞利-泰勒不稳定性。
2016-03-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bubble drag reduction requires large bubbles
在船舶工业中，将气泡注入船体下的湍流边界层中被视为最有前途的降低总体燃料消耗的技术之一。然而，气泡减阻背后的确切机制是未知的。在这里，我们表明，气泡阻力减少湍流显着依赖于气泡的大小。通过将微小浓度（6ppm）的表面活性剂Triton X-100添加到包含气泡的另外完全不变的强烈湍流的Taylor-Couette流中，我们将阻力减小从超过40%显著地减小到约4%，对应于气泡对液体的密度和粘度的微不足道的影响。这一惊人行为的原因是，添加表面活性剂防止气泡聚结，导致气泡小得多。我们的研究结果表明，气泡变形是至关重要的气泡减阻在湍流，并打开了大门，优化的过程。
2016-06-21 physics.flu-dyn
How coherent structures dominate the residence time in a bubble wake: an experimental example
反应性多相流中的混合时间尺度和停留时间对于产品选择性是必不可少的。例如，当例如通过具有中等反应动力学的竞争性连续反应消耗气体物质时，其中反应时间尺度与相关混合时间尺度相当。为了指出流体流动的细节的重要性，我们分析了实验速度数据从泰勒气泡尾流的拉格朗日方法。通过调节泰勒气泡上升的通道直径，从而调节上升速度，我们得到三种不同的尾流状态。值得注意的是，在尾流速度场中平流的被动颗粒的归一化停留时间显示出中间上升速度的峰值。乍一看，这一事实似乎不直观，因为人们期望更快地去除被动示踪剂以获得更快的总流速。然而，使用有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）场和拉格朗日相干结构（LCS）分析的流动拓扑的细节揭示了气泡尾流中存在非常相干的涡模式，这解释了长的停留时间。在涡旋结构内增加的停留时间和充当恒定气体物质源的封闭气泡界面可以增强假设的竞争性连续反应的副产物产生，其中与气体物质的第一反应形成期望的产物，第二反应形成副产物。
2019-01-21 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Bridging the local and the global: a physically constrained buoyancy--drag model for unified prediction of Rayleigh--Taylor and Richtmyer--Meshkov mixing widths across density ratios
College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology（北京化工大学机电工程学院）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；National Key Laboratory of Computational Physics（计算物理学国家重点实验室）；Center for Applied Physics and Technology, HEDPS, College of Engineering, Peking University（北京大学工程与应用物理与技术中心）
该研究提出一种物理约束浮力-阻力模型，结合局部界面动力学与全局质量守恒，可跨密度比统一预测RT和RM混合宽度，无需逐案调整即可准确描述不同混合场景的演化。
2026-09-03 physics.flu-dyn
Interfacial dynamics and pinch-off singularities for axially symmetric Darcy flow
我们研究了一个模型的演化轴对称气泡的无粘流体在均匀多孔介质中，否则饱和的粘性流体。该模型是一个移动的边界问题，是一个高维模拟Hele-Shaw流。在这里，我们关注的发展夹断奇点的特点是吹胀的接口曲率和气泡随后破碎成两个，这些奇点不会发生在相应的二维Hele-Shaw问题。通过应用一种新的数值方案的水平集方法的基础上，我们表明，我们的问题的解决方案可以在各种几何夹断。相似性分析表明，最小半径表现为幂律的时间指数$α= 1/3$之前和之后夹断已经发生，无论初始条件，我们的数值结果支持这一预测。此外，我们应用我们的数值方案来模拟随时间变化的发展和平移的轴对称Saffman-Taylor手指和泰勒-Saffman气泡在一个圆柱形管，突出的关键相似性和差异，以及研究的二维情况。
2019-11-12 physics.flu-dyn
Computational Fluid Dynamics Study of Taylor Flow in Microreactors:Investigating the Effect of Surface Tension and Contact Angle on the Heatand Mass Transfer
与传统的多相过程相比，微流体技术提供了高效率的传热和传质以及低安全危害。微通道中的多相流通常被表征为泰勒流，其包括由液体段塞分离的细长微气泡。在本研究中，我们采用OpenFOAM CFD软件包，研究了微尺度系统中的表面张力和接触角对界面表面积和输运产率的影响。结果表明，接触角对体系的比表面积和气泡尺寸有显著影响，而表面张力对这些参数影响不大。此外，在较低的接触角下，流动可能变成泡状流动，从而影响液相中的传质系数$K_L$。目前的研究结果可以提高微反应器中的传质系数，同时避免热失控，热点和传统反应器的其他安全问题。
2021-02-08 physics.flu-dyn
Digital Sub-millimeter Bubble-Jets
本研究在锥形芯片气液共流中生成数字亚毫米气泡射流，通过局部自缩放特征量建立通用相图和射流速度标度律，揭示了界面张力、惯性、粘性与几何形状的复合作用机制。
2025-01-19 physics.flu-dyn
Magnetized Ablative Rayleigh-Taylor Instability in 3-D
首次对磁化烧蚀瑞利-泰勒不稳定性进行了三维扩展MHD模拟。以前的2-D模拟声称扰动抑制磁张力被证明是误导，因为它们不包括最不稳定的尺寸。对于沿外加磁场方向的扰动模式，磁场同时减少烧蚀稳定性和增加磁张力稳定性;稳定项被发现占主导地位的外加磁场> 5 T，这两种效应在短波长的重要性增加。对于垂直于所施加的场的模式，磁张力不直接稳定扰动，但由于扰动出现2-D（尽管在与2-D ICF模拟不同的方向上），可能导致适度较慢的生长。在热烧蚀稳定化占主导地位的情况下，所施加的场增加了峰值气泡尖峰高度。电阻扩散被证明是重要的短波长和长时间尺度，减少张力稳定的有效性。
2021-10-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The evolution of energy in flow driven by rising bubbles
我们调查直接数值模拟的流动，上升的气泡在原来静止的流体造成的。我们采用欧拉-拉格朗日方法与双向耦合和周期性边界条件。为了能够处理多达288000个气泡，必须引入以下近似和简化：（i）将气泡视为点粒子，因此（ii）忽略它们之间的近场相互作用，以及（iii）使用升力和阻力的有效力模型。特别地，升力系数被假定为1/2，独立于气泡雷诺数和局部流场。结果表明，由于从小尺度到大尺度的逆能量级联，产生了大尺度运动。然而，由于泰勒-雷诺数仅在1的范围内，因此具有-5/3的指数的能谱的相应标度不能在明显的范围内发展。在长期，本地的能量传递的属性，真正的湍流的特点，是失去了和输入的能量等于粘性耗散在所有尺度。由于缺乏强涡流，气泡在流动中相当均匀地扩散。均匀扩散的机制如下：上升的气泡在它们后面产生一个速度场，该速度场作用于后面的气泡。由于剪切，这些气泡经历使它们向左或向右扩散的升力，从而防止垂直气泡簇的形成，从而防止有效的强制。事实上，当升力在模拟中人为地置为零时，流动被更有效地推动，并且在大尺度上实现了更显著的能量积累。
2009-02-02 physics.flu-dyn
High-order meshless global stability analysis of Taylor-Couette flows in complex domains
本研究开发了基于无网格框架的数值求解器，用于复杂几何结构中流体流动的水动力稳定性分析，经两类Taylor-Couette流动算例验证有效后，将其应用于椭圆封闭腔Taylor-Couette流动的稳定性研究。
2024-04-17 math-ph math.MP physics.comp-ph
Bubbles in Turbulent Flows: Data-driven, kinematic models with memory terms
我们提出了数据驱动的运动学模型的气泡在高Re湍流流动的基础上与长期短期记忆增强的递归神经网络。该模型扩展了经验关系，如Maxey-Riley（MR）及其变体，当气泡尺寸较大或流动非常复杂时，其适用性有限。递归神经网络的训练上获得的气泡的轨迹的直接数值模拟（DNS）的纳维-斯托克斯方程的两个组成部分的不可压缩流模型。长短期记忆元件利用气泡沿其轨迹遇到的流场的时间历史，并且通过对其结构施加旋转不变性来进一步增强网络。我们首先训练和验证制定的模型使用DNS数据湍流泰勒-格林涡。然后，我们研究模型的预测能力和它的推广雷诺数是不同的基准问题的训练数据，包括一个稳定的（希尔的球形涡）和不稳定的（高斯涡环）流场。我们发现，开发的模型的预测显着改善相比，由MR方程得到的。我们的研究结果表明，数据驱动的模型与历史条款是非常适合捕捉气泡的轨迹在湍流。
2019-10-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Scale interactions and anisotropy in Rayleigh-Taylor turbulence
我们研究了瑞利-泰勒（RT）流的能量尺度传递，通过粗粒化的物理空间没有傅立叶变换，允许沿垂直方向的尺度分析。两个过程负责跨尺度的动能通量：大尺度压力梯度作用于小尺度密度和速度的气压密度功$Λ$，以及多尺度速度的形变功$Π$。我们的粗粒化分析表明，这些通量表现出自相似的演变，是二次的时间，类似RT混合层。我们发现，$Λ$是一个管道的势能，转移能量的非本地从最大规模的惯性范围内的较小规模的$Π$接管。在3D中，$Π$继续持续级联到较小的尺度，而在2D中，$Π$将能量重新引导回较大的尺度，尽管在2D变密度流中缺乏涡度守恒。这导致了2D-RT中的正反馈回路（3D中不存在），其中混合层生长和相关的势能释放相对于3D增强，解释了2D模拟中经常观察到的较大的$α$值。尽管在2D中有更高的体动能水平，但小惯性尺度比3D中弱。此外，与3D形成鲜明对比的是，2D中的净高档叶栅倾向于使大尺度流动各向同性。我们的研究结果表明，在3D-RT的净高档能量转移的情况下，通常声称，大规模的泡沫和尖峰的增长是不是由于“合并”，而仅仅是由于气压密度工作$Λ$。
2021-11-24 physics.flu-dyn
Bubble coalescence dynamics in a high-Reynolds number decaying turbulent flow
本研究实验揭示高雷诺数衰减湍流中气泡聚并主导的演化规律，提出纯聚并区d_{32}和d_{99.8}的L^0.5标度理论，并发现空隙率剖面因升力反转呈核心峰值高斯分布。
2025-09-07 physics.flu-dyn
Bubbly drag reduction using a hydrophobic inner cylinder in Taylor-Couette turbulence
在这项研究中，我们实验研究了气泡减阻的高度湍流的水与分散的空气在$5.0 \times 10^{5} \leq \text{Re} \leq 1.7 \times 10^{6}$在非润湿表面含有微尺度粗糙度。为此，使用泰勒-库埃特几何，允许精确的全局阻力和局部流测量。涂有粗糙疏水材料的内圆柱体旋转，而光滑的外圆柱体保持静止。关键的控制参数是存在于工作流体中的空气体积分数$α$。对于小体积分数（$α< {4}\,\%$），我们观察到来自涂层的表面粗糙度增加阻力。对于大体积分数的空气（$α\geq 4\,\%$），与使用相同体积分数的空气的内圆柱体和外圆柱体均未涂覆（即，光滑且亲水）的情况相比，阻力减小。这表明存在两种相互竞争的机制：一方面，粗糙度引起原木层的延伸-导致阻力增加-另一方面，疏水表面与气泡液体相互作用存在减阻机制。这两种效果之间的平衡决定了是整体阻力减小还是阻力增强。对于进一步增加的气泡浓度$α= {6}\,\%$，我们发现一个饱和的减阻效果。我们的研究为疏水壁面湍流中气泡减阻的工业应用提供了指导。
2020-06-15 physics.flu-dyn
Mass-Transfer Control With Microbubbles in Highly Turbulent Decaying Flows
George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology（乔治·W·伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院）；Renewable Bioproducts Institute, Georgia Institute of Technology（可再生生物制品研究所，佐治亚理工学院）
通过结合极端湍流与微小表面张力降低，实现微泡尺寸控制，从而提高工业多相流的质量传递效率。
2026-04-27 physics.flu-dyn
Bubbly and Buoyant Particle-Laden Turbulent Flows
与层流相比，流体湍流通常与更强的阻力、更大的热传递和更有效的混合相关联。在许多自然和工业环境中，湍流液体流包含分散的气泡和轻颗粒的悬浮液。近年来，通过实验和高分辨率的直接数值模拟，人们对这类流动的行为和基本物理过程的理解得到了很大的关注。本文综述了我们目前对气泡和浮力颗粒载湍流的各种唯象方面的理解。我们首先讨论不同的动力学制度，包括交叉轨迹和尾流引起的振荡的上升粒子，和制度中的气泡和粒子优先积累附近的墙壁或内的旋涡结构。然后，我们解决如何某些典型的湍流，如均匀各向同性湍流，通道流，泰勒-库埃特湍流，热驱动湍流，这些分散的气泡和浮力颗粒的存在下修改。最后，我们列出了总结要点和未来的研究问题。
2020-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A level set-based solver for two-phase incompressible flows: Extension to magnetic fluids
本文提出一种耦合Navier-Stokes与Maxwell方程的静磁两相不可压缩求解器，采用五阶守恒水平集方法，通过引入Lorentz力扩展至磁性流体，成功模拟了铁磁液滴变形与Rayleigh-Taylor不稳定性。
2024-06-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interfacial dynamics and energy cascade in immiscible Rayleigh-Taylor turbulence
School of Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学海洋与土木工程学院）；Department of Physics, National University of Defense Technology（国防科技大学物理学院）
该研究通过数值模拟揭示了不可混溶瑞利-泰勒湍流中表面张力对界面动力学、能量级联及气泡液滴演化的控制规律，为相关大涡模拟提供了物理框架。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Corner and finger formation in Hele--Shaw flow with kinetic undercooling regularisation
我们研究了动态过冷条件的影响Hele-Shaw流中的自由边界的演变，在气泡和通道的几何形状。我们提出的分析和数值证据表明，气泡边界是不稳定的，可能会在有限的时间内开发一个或多个角落，膨胀和收缩的情况下。这种规律性的丧失是令人感兴趣的，因为它的发生与粘性较低的流体是否取代粘性较高的流体无关，反之亦然。我们表明，小收缩气泡描述的领先秩序的一个良好的研究几何流动规则。这个渐近问题的精确解继续通过角的形成，直到气泡收缩到极限中的一个狭缝。最后，我们考虑了在Saffman-Taylor通道几何中动态过冷度的演化边界。该边界可能在有限时间内形成拐角，也可能演化为以恒定速度行进的单个长指，这取决于动力学过冷的强度。我们证明这两个不同的行为数值。对于移动的手指，我们提出了一个数值求解方法类似的结果，用于演示离散手指的选择表面张力。随着动力学过冷度的增加，对于临界值以上的任何手指宽度，都存在连续的无拐角移动手指，当动力学过冷度消失时，手指宽度变为零。我们还没有能够计算的离散家庭的解析解，预测以前的渐近分析，因为数值方案不能区分解决方案的特点是解析手指和那些角自由，但非解析。
2014-06-10 physics.flu-dyn
Bubble-Wrap for Bullets: The Stability Imparted By A Thin Magnetic Layer
最近有一项重要的工作，研究了一种情况，即一个薄的磁性层"覆盖“在一个合并成一个更大的集群的核心上;同样的过程似乎也在从集群中心升起的气泡中起作用。这样薄的磁性层可以将核心与团簇介质热隔离，但前提是产生磁性层的剪切过程不会在以后破坏磁性层。另一方面，如果磁化层可以稳定剪切不稳定性，那么磁性层可以具有额外的动力学效应，减少合并过程中核心材料的剪切驱动混合。这些论点同样可以用来解释密集的泡沫，而泡沫更容易破裂。虽然磁场可以抑制不稳定性是众所周知的，但不太清楚的是，薄层可以抑制明显大于其厚度的尺度上的不稳定性。这里我们考虑薄磁化层所赋予的稳定性。这样的层甚至可以对波长远大于层厚度l的模式具有显著的稳定效果;要稳定10倍大的模式，只需要磁化层中的阿尔文速度与相关的不稳定速度相当-纯开尔文-亥姆霍兹不稳定情况下的剪切速度，或纯瑞利-泰勒情况下的典型浮力速度。我们确认我们的计算与二维数值实验使用雅典娜代码。
2007-11-02 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The effective diffusivity of ordered and freely evolving bubbly suspensions
我们调查的被动标量，如化学物质的浓度，或温度，在均匀的气泡悬浮液中的分散体，通过确定一个有效的扩散系数张量。定义的纵向和横向分量的这个张量相对于平均气泡上升速度的方向在零混合物速度的参考框架，我们专注于对流的贡献，这是预计将占主导地位，在常见的气泡流。我们首先扩展了Koch等人（1989）的理论（该理论用于Stokes流下固体颗粒固定床中的分散），以考虑有序悬浮体情况下的弱惯性效应。在低和高的Péclet数的限制下，包括流动的惯性效应不影响有效扩散率相对于Péclet数的缩放。这些结果证实了在不同的流态，球形或非常变形的气泡和从消失的小到中等的雷诺数值进行直接的数值模拟。标量输运的阵列中的自由上升的气泡被认为是由我们随后，使用数值模拟。在这种情况下，色散被发现是对流增强在低Péclet数，像在有序阵列。在高Péclet数下，有序结构的泰勒色散标度被表征纯机械色散的标度所取代，就像在随机介质中一样，即使无序程度很低。
2022-12-30 physics.flu-dyn
