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旭华讲坛第3期:双层液体法拉第波界面失稳研究
日期:2021-04-26  来源:旭华讲坛  阅读:16110

双层液体法拉第波界面失稳研究

     含自由表面的双层液体系统具有两组固有频率,分别对应分层液体界面和自由表面的运动。在垂向外激励作用下,下层和上层液体既可能分别发生共振,也可能同时发生共振。利用实验室垂向振动台,我们激发出上层液体1阶和2阶模态的共振响应,发现上层液体运动会带动下层液体的同相位运动,该实验结果与我们自主开发的三维数值模型(NEWTANK)的计算结果一致。

     更为有趣的现象发生在下层液体共振时!研究发现在特定激励下,液体交界面会产生瑞利-泰勒不稳定(Rayleigh-Taylor instability),并形成类似蘑菇云的形状。进一步分析表明,虽然上层液体较轻且外激励加速度小于重力加速度,但在外激励加速度和液体运动加速度的共同作用下,上层液体在某些时刻变成了比下层液体更“重”的液体,从而诱发了RT失稳。本研究提出了有效比重(Effective Specific Gravity,ESG)这一无量纲参量,用来量化RT失稳发生的条件。

     另一个有趣的现象发生在上层和下层液体同时共振时,此时自由液面和液体交界面不同的响应模态导致在液体交界面产生流速相反的强剪切过程,进而激发出开尔文-亥姆霍兹不稳定(Kelvin-Helmholtz instability)。当KH失稳发生时,能量会从低阶向高阶频域转移。

     林鹏智教授,1991年获天津大学结构工程学士学位,1993年获夏威夷大学环境工程硕士学位,1998年获康奈尔大学哲学博士(Ph. D.)学位;1998-1999年康奈尔大学土木与环境工程学院博士后,1999-2000年香港理工大学土木与结构工程系博士后;2000-2004年新加坡国立大学土木工程系助理教授,2005-2007年新加坡国立大学土木工程系副教授(终身教授)。现任四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室教授、博士生导师、副主任。教育部“长江学者”特聘教授(2008-2011),国家杰出青年科学基金获得者(2006-2009),教育部自然科学一等奖(自由面紊流数值模拟方法研究)获得者(排名1)。

     长期从事复杂自由面紊流机理与数值模拟、计算水动力学在水利与海洋工程中的应用、水灾害防治等研究工作。发表SCI收录论文100篇,出版英文专著一部,被引6000次,2014年至今连续被Elsevier评为海洋工程中国高被引学者。担任以下学术兼职:国际水利环境工程与研究协会(IAHR)理事,国际海岸水库研究协会(IACRR)理事;期刊Applied Ocean Research 主编,Journal of Hydraulic Engineering(ASCE)副主编,Journal of Hydro-Environment Research 副主编,Journal of Ocean Engineering and Marine Energy 副主编,Water Science and Engineering副主编;Coastal Engineering、Journal of Earthquake and Tsunami、Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics等多种国内外学术期刊编委。

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