可压缩螺旋湍流中手性转换规律的数值研究

Abstract

探索螺旋度对湍流动力学过程的影响机制,是螺旋湍流研究领域中经久不衰的话题。而螺旋度自身的时空演化规律的研究,则是进一步发展螺旋湍流理论的先决条件。作为在三维湍流中仅有的两个二次无粘不变量之一,螺旋度不仅可以衡量涡的扭转、盘绕和打结等拓扑结构,还可以用来表征流动的手性破缺程度。早期发展的湍流理论,大多是基于手性对称的基本假设。然而,自然和工程实际流动中,即使整体意义上流动是手性对称的,流场局部的手性破缺仍然存在,而且对流场局部流动结构的生成演化会带来重要的影响。另外,在药物研制,农药制备,超分子化学材料等领域,手性的控制可显著改变分子的性质,即"手性材料"。手性转换是研究单手性流动演化的重要组成部分,手性间传输的幅值在惯性区与单手性跨尺度通量相当,在近耗散区,与粘性耗散的幅值相当。在考虑压缩性的影响下,手性间的转换规律会变得更加复杂。涨压模态作为一种媒介,间接参与手性间的传输。数值模拟发现,流动的压缩膨胀效应,可明显影响手性传输的方向,即压缩使流场向手性平衡的方向发展,膨胀促进手性的反向传输,加剧流场的手性破缺效应