可压缩湍流中被动粒子的加速度

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教育 / 国际学

编辑:素馨

近日,陈十一教授课题组关于可压缩湍流的最新研究成果在《物理评论快报》(Physical
Review
Letters)上发表,文章题名为“可压缩湍流中被动粒子的加速度”(Acceleration
of Passive Tracers in Compressible Turbulent Flow, Phys.Rev.Lett. 110,
064503,
2013),介绍了流动可压缩性对被动粒子加速度的动力学行为,以及被动粒子与激波等关键流动结构的相互作用。该研究工作是在北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室陈十一教授和应用物理与技术研究中心贺贤土院士的联合指导下,由杨延涛博士、王建春博士等合作完成。

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可压缩湍流中被动粒子的加速度。可压缩湍流中被动粒子的加速度。 

可压缩湍流中被动粒子的加速度。可压缩湍流中被动粒子的加速度。可压缩湍流中被动粒子的加速度。文章链接:

左:两种流动结构导致被动粒子出现不同运动形态;右:加速度在不同流动区域满足不同概率分布。

 

近年来,研究人员发现,可压缩湍流是众多自然现象和实际工程流动中的关键问题,如星际气体中恒星产生问题、受控热核反应以及超音速飞行器等。在之前的研究成果基础上(Phys.Rev.Lett.
108, 214505,
2012),陈十一课题组进一步研究了被动粒子在可压缩湍流中的动力学行为,该研究对理解可压缩湍流流动性质以及物质扩散混合等现象有重要意义。研究结果表明,可压缩湍流中的激波结构与旋涡结构导致被动粒子出现完全不同的两种运动形态,由此导致粒子加速度的动力学行为存在双特征时间。激波导致粒子加速度自相关系数迅速衰减,这是不同于不可压缩湍流的新现象。加速度的统计行为也出现相应的变化:低压缩区加速度仍然满足Log-normal分布,而在强压缩区存在幂律分布,文章指出,该幂律分布与压缩性有直接的关系。此外,研究还发现粒子轨迹在激波区更易出现较大的曲率。以上这些研究成果都有助于我们更深入理解可压缩湍流的物理机理,发展更先进的可压缩湍流模型。

该项研究得到国家自然科学基金湍流创新群体、重点项目、973项目和中国博士后基金的资助,还得到了北京大学应用物理与技术研究中心资助。

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