【学术前沿|陈锋等】耦合不稳定系统的形态学特征和非平衡分析

风流知音 【学术‍前沿|陈锋】 耦合Rayleigh-Taylor-Kelvin-Helmholtz不稳定系统的形态学特征和非平衡分析 (2020年10月26日)  CFDST(2020)1033

陈锋¹‍   许爱国^2,3   张玉东⁴   曾庆凯‍‍‍‍‍¹

摘要

复杂系统模拟研究面对的都是海量数据、各种复杂构型和物理场。由于这些结构的特征往往是缺乏周期性、对称性、空间均匀性和明显的关联性等, 在模拟研究中对它们的识别和分析一直是个薄弱环节。如何从这些数据中有效地提取信息，得出正确的物理规律，是一个极具挑战性又躲不开的课题！DBM为复杂流体系统非平衡行为描述、建模、模拟和分析提供了一套简洁、有效的思路和方法。形态学以及时空关联等统计描述方法的引入，使得许多以前无法提取的信息得以分层次研究、定量化描述。本工作通过DBM建模与模拟、形态分析、时空关联等方法对耦合Rayleigh-Taylor-Kelvin-Helmholtz不稳定性（RTKHI）系统展开研究。发现：温度场的总边界长度 L 和平均热通量强度 D_3,1均可用于测量浮力与剪切强度之比，并定量评估RTKHI系统早期阶段的主要机理。针对早期KHI主导，后期RTI主导的耦合RTKHI系统，形态学边界长度 L 可以很好地捕获从KHI主导到RTI主导的过渡点。L 线性增加的终点可以作为区分这两个阶段的几何准则。TNE量之一，热通量强度D_3,1与边界长度 L 表现出相似的行为，并且在早期呈现很强的正相关。因此，D_3,1线性增加的终点可以作为区分这两个阶段的物理准则。形态边界长度 L是高温和低温（轻质和重质）流体之间的界面长度。它反映了不稳定发展和材料混合的程度。TNE量D_3,1反映了系统不同区域偏离平衡的程度，并且可以更清楚准确地定位界面的位置。L和D_3,1这两个标准从不同角度出发，但是是一致的，具有各自的优势，可以互相补充。采用这两个标准有助于识别耦合RTKHI系统的主要机制和关键时间点。

报告人简介：

陈锋（1985年—），男，博士，副教授，2012年6月于中国矿业大学（北京）获博士学位，导师为北京应用物理与计算数学研究所许爱国研究员、中国矿业大学（北京）李英骏教授；现工作于山东交通学院航空学院；中国力学学会会员，中国物理学会终身会员，中国交叉科学学会理事；Physics of Fluids、Computer Physics Communications等期刊审稿人。

陈锋副教授

目前主要研究方向为复杂流体、软物质、流体不稳定性的离散Boltzmann仿真与非平衡行为研究；主持并完成国家自然基金青年基金项目一项“高马赫数可压缩流体的格子玻尔兹曼方法研究与应用”，主持山东省高等学校青年创新团队科技支持计划一项“冲击作用下多相复杂系统动力学与非平衡效应研究”；在Physics of Fluids,Frontiers of Physics,  Europhysics Letters,  Physics Letters A 等发表研究论文10多篇；荣获2015年度高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖(项目名称：多相流及流体不稳定性的格子玻尔兹曼建模与模拟研究)，2017年度河北省科学技术奖三等奖（项目名称：高速可压与多相复杂流体的离散玻尔兹曼模拟与非平衡效应研究），2019年在中国物理学秋季会议获“Frontiers ofPhysics Outstanding Paper Awards”；通过DBM建模与模拟研究流体不稳定性的两项工作被Physics of Fluids选为Editor’s Pick。