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开尔文-亥姆霍兹不稳定性
如风吹过水面时,在水面上表面波的不稳定。开尔文-亥姆霍兹不稳定性理论可预测不同密度的流体在不同的运动速度下不稳定状态的发生,以及层流变成湍流的界限。
H.亥姆霍兹研究了界面处存在诸如波浪之类的小扰动时的两种不同密度流体的动力学特征。对于足够短的波长,如果忽略表面张力,则两种具有不同速度和密度的平行运动的流体会产生在所有速度下都不稳定的界面。表面张力能抑制短波长导致的不稳定性,但是理论预测表明,当速度超过阈值后仍会导致不稳定性。研究发现,控制系统线性动力学的流体方程具有奇偶时间对称性,当且仅当奇偶时间对称性自发破裂,开尔文-亥姆霍兹不稳定性才会发生。
对于密度和速度连续变化的分布(较浅的层位于最上),开尔文-亥姆霍兹不稳定性的动力学由泰勒-戈德斯坦方程描述,是否诱发不稳定由理查孙数决定。通常,理查孙数小于0.25的流动是不稳定的。
在数值上,以时间或空间方法模拟开尔文-亥姆霍兹不稳定性。在时间方法中,实验人员认为周期性(循环)腔室中的流体以平均速度(绝对不稳定性)“运动”。在空间方法中,实验人员使用自然进出口条件(对流不稳定性)来模拟。