Interface models for three-dimensional Rayleigh–Taylor instability
Interface models for three-dimensional Rayleigh–Taylor instability
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三维瑞利泰勒不稳定性的界面模型
DOI：
10.1017/jfm.2023.98
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Shkoller, Steve
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pandya, Gavin;Shkoller, Steve
我们推导出三维Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）的界面模型，利用一种新的渐近展开的流体流动的非局部性。这些界面模型是为了研究与RTI相关的普遍特征而导出的，例如单模RTI中的弗劳德数，多模随机扰动下界面振幅的预测二次增长，最佳（粘性）混合率诱导的RTI和水平平均密度剖面的自相似性和显着稳定的混合层的增长率，这出现了三个-流体双界面重-轻-重配置，其中第三流体体积的添加将混合层的生长减慢到线性速率。我们的接口模型可以捕捉到严重的接口卷起引起的小尺度结构的形成，再现实验数据在一些不同的制度和研究多个接口相互作用的影响，即使接口分离距离变得非常小。与传统的数值方案用于研究这种现象相比，我们的模型提供了至少两个数量级的计算速度。
We derive interface models for three-dimensional Rayleigh–Taylor instability (RTI), making use of a novel asymptotic expansion in the non-locality of the fluid flow. These interface models are derived for the purpose of studying universal features associated with RTI such as the Froude number in single-mode RTI, the predicted quadratic growth of the interface amplitude under multi-mode random perturbations, the optimal (viscous) mixing rates induced by the RTI and the self-similarity of horizontally averaged density profiles and the remarkable stabilization of the mixing layer growth rate which arises for the three-fluid two-interface heavy–light–heavy configuration, in which the addition of a third fluid bulk slows the growth of the mixing layer to a linear rate. Our interface models can capture the formation of small-scale structures induced by severe interface roll-up, reproduce experimental data in a number of different regimes and study the effects of multiple interface interactions even as the interface separation distance becomes exceedingly small. Compared with traditional numerical schemes used to study such phenomena, our models provide a computational speed-up of at least two orders of magnitude.
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--
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