理论教育 流体混合中的混沌现象:无序却有规律

流体混合中的混沌现象:无序却有规律

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:混沌混合现象的发生使得流体的运移过程,呈现出表观上的无序性及内在的规律性。在搅拌过程中,空间中最开始的两个点,经过混沌混合后到达最终点,这种现象的发生常常预示着体系进入混沌区流线轨迹具有不确定性、不可重复性及不可预测性。正是基于这种反复的折叠与拉伸,使流体的运动流线呈现出一种混沌状态,进而实现流体的充分混合。

流体混合中的混沌现象:无序却有规律

首次将混沌概念引入流体力学的是美国学者Aref H.,他在研究流体沿着复杂路径流动时发现,流体会发生对流,并且超过一定时间时,这种运动将变得杂乱无章,即出现混沌对流。当这种现象出现在以混合为主导的流体流动中时,就称为混沌混合。一般而言,根据搅拌雷诺数值大小的不同,可将搅拌槽内流体的流动状态分为湍流区和层流区(低雷诺数区)。研究表明,近70%的能量耗散在搅拌桨尖端部分,形成局部端湍流区。在湍流区,常常存在着非定常、拟序涡的运移行为,易在边界层区域形成多尺度拟序结构,流体常以马蹄涡、涡卷、螺旋涡、线涡、发夹涡、涡环的流动形式,将能量传递到周围流体,从而实现槽内流体的混合。这种具有典型Lagrangian 广义拟序结构的流动模式,在边界层内的流体也具有运输特性,表现为典型的远离平衡态的多尺度非线性演变过程,这必然导致流域内呈现出混沌现象。混沌混合现象的发生使得流体的运移过程,呈现出表观上的无序性及内在的规律性。

在搅拌过程中,空间中最开始的两个点,经过混沌混合后到达最终点,这种现象的发生常常预示着体系进入混沌区流线轨迹具有不确定性、不可重复性及不可预测性。例如,在开始时刻,相邻较近的两个点经历了无数次的拉伸与折叠后,可能被驱赶到任意远处位置,后来彼此靠得很近的点可能是从开始相距任意远处运动而达到此状态。正是基于这种反复的折叠与拉伸,使流体的运动流线呈现出一种混沌状态,进而实现流体的充分混合。(www.daowen.com)

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈