Scalar decay in a three-dimensional chaotic flow.
Scalar decay in a three-dimensional chaotic flow.
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三维混沌流中的标量衰减。
DOI：
10.1103/physreve.83.056306
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发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ngan K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ngan K
利用高分辨率数值模拟研究了三维混沌流中被动标量的衰减。（保体积）流被认为是一个三维扩展的随机交替正弦流广泛应用于研究中的混合在两个维度。它是用来表明，理论预测的二维流动与小扩散率进行到三维，即使拉伸性能显着不同。方差衰减率，标量场结构，和统计矩的时间演化证实，有两个不同的制度标量衰减：局部控制制度，适用于当域的大小是可比的特征长度尺度的速度场，和一个全球性的控制制度，适用于当域较大。在这两个政权的方差衰减率的渐近预测显示出良好的协议与数值结果。考虑这两个正向流和它的时间反转使得有可能比较流中的标量演化与一个或两个扩展方向;模拟证实了理论预测的标量的衰减速率是相同的，在两个流中，尽管非常不同的标量场结构。
The decay of a passive scalar in a three-dimensional chaotic flow is studied using high-resolution numerical simulations. The (volume-preserving) flow considered is a three-dimensional extension of the randomized alternating sine flow employed extensively in studies of mixing in two dimensions. It is used to show that theoretical predictions for two-dimensional flows with small diffusivity carry over to three dimensions even though the stretching properties differ significantly. The variance decay rate, scalar field structure, and time evolution of statistical moments confirm that there are two distinct regimes of scalar decay: a locally controlled regime, which applies when the domain size is comparable to the characteristic length scale of the velocity field, and a globally controlled regime, which applies when the domain is larger. Asymptotic predictions for the variance decay rate in both regimes show excellent agreement with the numerical results. Consideration of both the forward flow and its time reverse makes it possible to compare the scalar evolution in flows with one or two expanding directions; simulations confirm the theoretical prediction that the decay rate of the scalar is the same in both flows, despite the very different scalar field structures.
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