格子Boltzmann方法模拟二维混合层漩涡合并现象

本文主要探讨了用格子Boltzmann方法对二维混合层中旋涡合并现象的数值模拟。格子Boltzmann方法是一种基于粒子统计学原理的数值计算方法，常用于处理流体力学问题，特别是对于复杂流动行为的模拟。混合层是指两种或多种流体在接触过程中形成的界面区域，其内部流动特性受到边界条件、流体性质和初始扰动的影响。 研究者施卫平和祖迎庆针对这一问题，在流场入口处施加不同频率、振幅和相位的小扰动，通过观察旋涡的演化机制，模拟了混合层中涡旋的形成和合并过程。他们首先在基本扰动波的基础上添加亚谐波，这是一种频率低于基频的波动，以便探索亚谐波对混合层流动特性的影响。当加入的亚谐波频率为基本波频率的一半时，得到了两个涡旋的合并结果；进一步将亚谐波频率调整为基本波频率的三分之一，观察到了三个涡旋的合并情况。 这些计算结果与已有的实验研究，如Brown和Roshko的实验以及Ho和Huang关于亚谐波扰动对漩涡合并影响的研究，达到了相当的吻合，证实了格子Boltzmann方法在模拟混合层流动问题上的有效性。这种方法不仅提供了理论预测，也为工业生产中混合层的优化设计和控制提供了数值工具。 论文的关键点在于展示了格子Boltzmann方法在解决实际工程问题上的实用性，特别是在混合层流体动力学中的应用。此外，该研究还强调了混合层不稳定性在能量放大和混合效率提升中的作用，以及深入理解涡旋合并对控制混合过程的重要性。这篇论文为混合层流动的数值模拟开辟了一种新的途径，并为进一步的理论研究和实际应用提供了有价值的数据和见解。