21.9K
6078
開爾文-亥姆霍茲不穩定性
如風吹過水面時，在水面上表面波的不穩定。開爾文-亥姆霍茲不穩定性理論可預測不同密度的流體在不同的運動速度下不穩定狀態的發生，以及層流變成湍流的界限。
H.亥姆霍茲研究了界面處存在諸如波浪之類的小擾動時的兩種不同密度流體的動力學特征。對于足夠短的波長，如果忽略表面張力，則兩種具有不同速度和密度的平行運動的流體會產生在所有速度下都不穩定的界面。表面張力能抑制短波長導致的不穩定性，但是理論預測表明，當速度超過閾值后仍會導致不穩定性。研究發現，控制系統線性動力學的流體方程具有奇偶時間對稱性，當且僅當奇偶時間對稱性自發破裂，開爾文-亥姆霍茲不穩定性才會發生。
對于密度和速度連續變化的分布（較淺的層位于最上），開爾文-亥姆霍茲不穩定性的動力學由泰勒-戈德斯坦方程描述，是否誘發不穩定由理查孫數決定。通常，理查孫數小于0.25的流動是不穩定的。
在數值上，以時間或空間方法模擬開爾文-亥姆霍茲不穩定性。在時間方法中，實驗人員認為周期性（循環）腔室中的流體以平均速度（絕對不穩定性）“運動”。在空間方法中，實驗人員使用自然進出口條件（對流不穩定性）來模擬。
