林穎典，韓東睿，袁野平，賀治國(guó)

（浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江舟山316021）

異重流（gravity current），又稱密度流（density current）或者浮力流（buoyancy current），其是在重力場(chǎng)作用下，2種流體的密度差異造成水平壓力梯度，從而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象［1］。在自然環(huán)境和水利工程中，異重流現(xiàn)象廣泛存在［2］。根據(jù)形成密度差異的原因不同，異重流可分為兩類：成分驅(qū)動(dòng)異重流（如河口鹽水入侵）和顆粒驅(qū)動(dòng)異重流（如濁流）［3］?，F(xiàn)實(shí)工況中，異重流的侵襲會(huì)造成巨大的危害，如據(jù)報(bào)道，海底濁流（顆粒驅(qū)動(dòng)異重流）導(dǎo)致水下峽谷侵蝕以及破壞海底電纜［4］，海水淡化廠的污水排放（成分驅(qū)動(dòng)異重流）對(duì)周圍環(huán)境（如濕地）造成污染［5］等。障礙物的設(shè)置可以顯著改變異重流的運(yùn)動(dòng)特性［4］，如在大型水庫(kù)中，泥沙淤積會(huì)減小其有效庫(kù)容，在底床設(shè)置障礙物能夠改變泥沙的沉積-懸浮狀況，防止泥沙沉積在關(guān)鍵部位，則可延長(zhǎng)水庫(kù)的壽命［6］。

水利工作者越來(lái)越關(guān)注地形和障礙物對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)特性的影響［7］。由于野外原位觀測(cè)需要消耗大量的人力和物力，實(shí)驗(yàn)室水槽模擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為研究異重流的主要手段［8］。前人的工作主要集中在單一障礙物對(duì)異重流運(yùn)動(dòng)影響的研究，如Woods等［9］發(fā)現(xiàn)異重流遇到障礙物時(shí)會(huì)在其上游形成移動(dòng)的反射水躍；通過(guò)地形的改變，范家驊［10］分析了伴有局部水體摻混的異重流內(nèi)部水躍上下游水力因子之間的關(guān)系，并利用動(dòng)量方程和連續(xù)方程推導(dǎo)了包含上下層流體之間水量摻混的內(nèi)部水躍理論表達(dá)式；Greenspa等［11］指出障礙物的形態(tài)對(duì)異重流的越障能力有顯著的影響；Asghari等［12］通過(guò)系列水槽實(shí)驗(yàn)，提出完全阻塞異重流時(shí)的量綱一化障礙物高度；Oehy 和Schleiss［13］通過(guò)水槽實(shí)驗(yàn)推斷出，在底床設(shè)置一個(gè)20m的障礙物可以將小型水庫(kù)（庫(kù)容不小于100萬(wàn)m3）的使用壽命延長(zhǎng)50年；Oshaghi等［14］通過(guò)室內(nèi)水槽實(shí)驗(yàn)研究了入流弗勞德數(shù)與異重流越障性能的關(guān)系：入流弗勞德數(shù)越小，異重流運(yùn)動(dòng)對(duì)障礙物的存在越敏感；Wilson等［15］研究了濁流遇到單一矩形障礙物時(shí)與環(huán)境流體的卷吸摻混過(guò)程，發(fā)現(xiàn)異重流在障礙物下游的摻混顯著加劇。近幾年，亦有少部分國(guó)外學(xué)者對(duì)雙重障礙物的影響機(jī)制展開(kāi)研究（如Kubo［16］、Yaghoubi等［17］），但是關(guān)注點(diǎn)主要集中在障礙物對(duì)泥沙沉積特性的影響，少有對(duì)雙重障礙物最優(yōu)工程布置方案的探討。

因此，本文利用水槽實(shí)驗(yàn)手段，選用開(kāi)閘式出流方式，結(jié)合雙重障礙物間距和高度2個(gè)變量，對(duì)成分驅(qū)動(dòng)異重流流經(jīng)雙重障礙物的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)采用數(shù)碼相機(jī)記錄異重流的演變過(guò)程，結(jié)合粒子圖像測(cè)速技術(shù)（particle image velocimetry，PIV），分析障礙物上下游區(qū)域的異重流速度剖面，對(duì)比不同障礙物間距及高度對(duì)異重流最大擴(kuò)散高度、頭部速度等方面的影響，對(duì)比無(wú)障、單一障礙物、雙重障礙物工況對(duì)異重流摻混系數(shù)的影響，從而得到雙重障礙物的最優(yōu)工程布置方案。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和步驟

實(shí)驗(yàn)水槽長(zhǎng)200 cm、寬20 cm、高20 cm（如圖1）。水槽長(zhǎng)寬比等于10可以將異重流簡(jiǎn)化為二維運(yùn)動(dòng)［8］。實(shí)驗(yàn)中閘門(mén)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制啟閉，以消除人工啟閉引起的擾動(dòng)影響。實(shí)驗(yàn)水槽閘門(mén)右側(cè)的閘室（長(zhǎng)L0=9.5 cm）內(nèi)注入鹽水模擬異重流，閘門(mén)左側(cè)注入清水生成均勻環(huán)境水體，環(huán)境水體水深和閘室內(nèi)鹽水水深均為H=15 cm。閘室內(nèi)鹽水以適量染色劑（食用色素）染色。

Huppert和 Simpson［18］最早提出開(kāi)閘式異重流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：異重流從閘門(mén)釋放后首先會(huì)經(jīng)歷2～4倍閘室長(zhǎng)的加速階段，然后會(huì)以定常速運(yùn)動(dòng)至8～10倍閘室長(zhǎng)處（坍塌階段），最后進(jìn)入減速階段（自相似階段和粘性階段）。第一障礙物放置在距離閘門(mén)L1=5L0處，保證異重流遇到障礙物前發(fā)展為定常速流動(dòng)，第二障礙物與第一障礙物的間距設(shè)置詳見(jiàn)第1.2節(jié)。閘門(mén)開(kāi)啟后，鹽水進(jìn)入環(huán)境流體中，沿著實(shí)驗(yàn)水槽底部向前運(yùn)動(dòng)，鹽水和環(huán)境水體形成典型對(duì)流運(yùn)動(dòng)［19］，當(dāng)異重流到達(dá)實(shí)驗(yàn)水槽末端后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)中以幀率為25 fps的彩色數(shù)碼照相機(jī)記錄異重流的行進(jìn)過(guò)程、形態(tài)結(jié)構(gòu)等。采用幀率為100 fps的PIV拍攝系統(tǒng)記錄異重流流經(jīng)障礙物時(shí)的局部過(guò)程，并結(jié)合PIVlab［20］提取特定位置的異重流垂向速度數(shù)據(jù)。

1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)工況

異重流與環(huán)境流體之間密度的差異導(dǎo)致浮力梯度的存在［1］，用約化重力加速度描述該密度差異，為

式中：ρc為異重流密度，；ρa(bǔ)為環(huán)境水體密度；g=9.81 m·s-2為重力加速度。

量綱為一的雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)可表示流體的流態(tài)特征，此處定義的異重流總體雷諾數(shù)Re0、總體弗勞德數(shù)Fr0、密度弗勞德數(shù)Frd［21］如下：

圖1 異重流實(shí)驗(yàn)水槽設(shè)置（單位：mm）Fig.1 Setup of the experimental flume for gravity current（unit：mm）

量綱為一的理查森數(shù)可表征異重流與環(huán)境流體的摻混特性，此處定義異重流理查森數(shù)為［22］

表1為異重流實(shí)驗(yàn)工況及參數(shù)。所有工況鹽度s皆設(shè)為3.4%，其密度ρc為1 024 kg·m-3，障礙物斷面為等腰三角形，其底邊長(zhǎng)度為2.5 cm。2個(gè)障礙物皆有3 cm和5 cm這2種高度，共計(jì)4種高度組合（即3-3，3-5，5-5，5-3），第一障礙物與第二障礙物的間距L2分別等于1L0，2L0，3L0，5L0（即9.5，19，28.5，47.5 cm），設(shè)置無(wú)障礙物工況和單一障礙物工況為対照組。實(shí)驗(yàn)中各組總體雷諾數(shù)均大于2 000，認(rèn)為異重流流態(tài)為湍流，可忽略粘滯力對(duì)異重流的影響［8］。此外，實(shí)驗(yàn)中各組總體弗勞德數(shù)均小于1，故實(shí)驗(yàn)工況條件下，異重流為緩流。

表1 實(shí)驗(yàn)工況及相關(guān)參數(shù)Tab.1 Experimental cases and parameters

Asghari等［12］根據(jù)量綱為一的障礙物高度（H1/ht）和總體弗勞德數(shù)將異重流的越障情況分為4個(gè)區(qū)域（如圖2）。其中Ⅰ、Ⅲ區(qū)分別表示異重流以緩流和急流的形式完全通過(guò)障礙物，Ⅳ區(qū)表示障礙物完全阻滯異重流，Ⅱ區(qū)表示一部分異重流通過(guò)障礙物，另一部分異重流以反射水躍形式向上游傳播。結(jié)合現(xiàn)實(shí)工況，主要對(duì)Ⅱ區(qū)異重流的運(yùn)動(dòng)特性展開(kāi)研究。

圖2 異重流越障分區(qū)Fig.2 Motion regions for gravity current over obstacles

2 結(jié)果分析

2.1 形態(tài)分析

圖3為開(kāi)閘式異重流流經(jīng)雙重障礙物的發(fā)展過(guò)程。閘門(mén)開(kāi)啟后，異重流前端形成典型半橢圓狀的頭部形態(tài)，如圖3a所示，其后為主體段和尾部段。由于異重流與環(huán)境流體之間剪切不穩(wěn)定性［18］，異重流的主體段上方形成開(kāi)爾文·赫姆霍茲渦（Kelvin-Helmholtz Billows，簡(jiǎn)稱K-H渦）。

圖3 異重流流過(guò)雙重障礙物發(fā)展過(guò)程（工況12）Fig.3 Propagation process of gravity current over two consecutive obstacles(case 12)

如圖3b、3c所示，當(dāng)異重流遇到第一障礙物時(shí)，一部分異重流以反射水躍的形式向障礙物上游方向移動(dòng)，直到其傳播到閘門(mén)處，第一障礙物上游區(qū)域的異重流流態(tài)為緩流（Frd＜1，見(jiàn)圖6）；另一部分的異重流以射流的形態(tài)越上障礙物，其頭部形成逆時(shí)針旋渦。由于密度逆分層而導(dǎo)致的瑞利-泰勒不穩(wěn)定性（Rayleigh-Taylor instability）［23］以及約化重力加速度的作用，異重流頭部急速下潛回底床，其厚度變大，需要一定擴(kuò)散距離來(lái)恢復(fù)典型頭部形態(tài)，之后沿底床向第二障礙物運(yùn)動(dòng)。當(dāng)異重流遇到第二障礙物時(shí)，其越障過(guò)程與第一障礙物相似。如圖3d、3e，一部分異重流以反射水躍的形式向第一障礙物傳播，直到其傳播到第一障礙物下游處，兩障礙物之間區(qū)域的異重流流態(tài)為緩流；另一部分的異重流越過(guò)障礙物之后流態(tài)為急流（Frd＞1，見(jiàn)圖6），此時(shí)發(fā)生水躍現(xiàn)象，頭部厚度變大，速度減緩，流態(tài)由急流變?yōu)榫徚鳌?/p>

根據(jù)異重流運(yùn)動(dòng)形態(tài)不同，其越障過(guò)程可分為4個(gè)不同階段：縱向收縮階段：主流流速急劇下降，在g′作用下，異重流頭部抬升；射流階段：異重流以射流形態(tài)離開(kāi)底床，其頭部形成逆時(shí)針旋渦；坍塌階段：該階段異重流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與閘門(mén)開(kāi)啟后的重力坍塌相同；形態(tài)重塑階段：是異重流越障后恢復(fù)其越障前形態(tài)的過(guò)程，其頭部上方形成較大的順時(shí)針KH渦。

2.2 工程最優(yōu)解

在異重流防護(hù)工程中，合理的布置障礙物，不僅可以提高工程效率，還可以節(jié)約成本。雙重障礙物的布置方案應(yīng)有效削減異重流的侵襲速度，并盡可能減小異重流在環(huán)境流體中的擴(kuò)散范圍。雙重障礙物布置參數(shù)主要包括間距設(shè)置及高度組合。

圖4為障礙物間距與異重流運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系圖。在障礙物高度組合固定的情況下，越過(guò)第二障礙物后的異重流速度減幅呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，并在障礙物間距L2設(shè)置為2L0～3L0時(shí)取得最大速度減幅（如圖4a）。隨著障礙物間距L2的增加，異重流在環(huán)境流體中的最大擴(kuò)散高度逐漸減小（如圖4b），究其原因：障礙物間距的增加，致使更多體積的異重流被阻滯在兩障礙物中間區(qū)域，越障的異重流體積相對(duì)減少，其最大擴(kuò)散高度減小。對(duì)于單一障礙物工況，異重流越障后的頭部形態(tài)的重塑距離大致為2L0～3L0［9］。結(jié)合圖 4a可知：若異重流在遇到第二障礙物前未完成頭部形態(tài)的重塑，其越障后的速度減幅要大得多。此外，考慮到異重流在兩障礙物間形成的移動(dòng)水躍會(huì)對(duì)障礙物造成二次撞擊，故兩障礙物的最優(yōu)間距L2=3L0。

圖5為在最優(yōu)障礙物間距（L2=3L0）條件下，障礙物高度組合與異重流最大擴(kuò)散高度的關(guān)系。表2為在最優(yōu)障礙物間距（L2=3L0）條件下，異重流越過(guò)第二障礙物的速度。由圖5可知：設(shè)置障礙物會(huì)顯著增加異重流在環(huán)境流體中的最大擴(kuò)散高度。由表2可得：高障礙物對(duì)異重流的阻滯效果明顯強(qiáng)于低障礙物，對(duì)比工況10和18，先高障礙物后低障礙物的高度組合效率更佳。究其原因：第一障礙物的高度決定了上游反射水躍的體積，當(dāng)其高度不足時(shí)，無(wú)法形成有效的反射水躍，對(duì)異重流侵襲的阻滯無(wú)效。

綜合考慮障礙物的阻滯效果、異重流在環(huán)境流體中的擴(kuò)散范圍及工程成本，最優(yōu)布置方案為：第一障礙物高于第二障礙物，同時(shí)第一障礙物的高度要保證異重流在其上游區(qū)形成明顯的反射水躍；障礙物間距要盡可能大（L2=3L0），應(yīng)保證異重流遇到第二障礙物前未恢復(fù)典型頭部形態(tài)，同時(shí)減小移動(dòng)反射水躍對(duì)障礙物的二次撞擊。

2.3 摻混特性

分析異重流的摻混特性對(duì)進(jìn)一步了解異重流的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程有重要作用［24］。Jacobson和Testik［25］通過(guò)考慮二維側(cè)面積變化定義異重流平均摻混速率we，表達(dá)式如下

圖4 障礙物間距與異重流運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系Fig.4 The relationship between obstacle spacing and motion parameters of gravity current

圖5 障礙物高度與異重流最大擴(kuò)散高度關(guān)系Fig.5 The relationship between obstacles height and maximum diffusion height of gravity current

表2 第二障礙物下游異重流頭部速度對(duì)比Tab.2 Comparisons of head velocity of gravity current in the downstream of second obstacle

其中：uf為異重流頭部速度；xf為異重流頭部位置；A為開(kāi)閘式異重流的二維側(cè)面積。

結(jié)合 Wilson等［15］和Ottolenghi等［26］的方法，用摻混系數(shù)E來(lái)描述異重流與環(huán)境水體的摻混情況，其定義為

圖6為異重流摻混系數(shù)E的沿程變化圖。其中量綱為一的異重流頭部位置x*=xf/H。由圖可見(jiàn)：無(wú)障礙物工況，異重流的摻混系數(shù)穩(wěn)定在0.05左右。當(dāng)障礙物存在時(shí)，越障過(guò)程中異重流的摻混系數(shù)沿程出現(xiàn)“M”型分布?？v向收縮階段，異重流頭部受障礙物限制，其厚度增加，故dA/dx變大，uf急劇減小，E相應(yīng)變大，之后在約化重力加速度g′作用下，異重流頭部抬升，水平速度分量增加，E相應(yīng)變??；射流階段由于異重流的旋渦狀頭部迅速膨脹，dA/dx變大，E呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；坍塌階段，由于密度逆分層和g′作用，異重流加速下潛，uf急劇增大，E呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

圖6 摻混系數(shù)E沿程變化Fig.6 Changes in the entrainment coefficientE along the channel

此外，完成形態(tài)重塑階段的異重流，工況3（單一障礙物）的摻混系數(shù)E穩(wěn)定在0.060左右，工況18（最優(yōu)解）的摻混系數(shù)E穩(wěn)定在0.075左右，皆大于相同位置的無(wú)障礙物工況1。障礙物的存在，改變了障礙物附近的摻混機(jī)制，并強(qiáng)化了障礙物下游的摻混，使異重流更快被稀釋，其侵蝕范圍變小。

Turner［27］發(fā)現(xiàn)異重流摻混速率和理查森數(shù)Rig成負(fù)相關(guān)。圖7給出異重流沿程的密度弗勞德數(shù)Frd和理查森數(shù)Rig變化。異重流越過(guò)第一障礙物前后，理查森數(shù)Rig相差不大，所以第一障礙物對(duì)異重流摻混速率的影響相對(duì)較小。當(dāng)異重流越過(guò)第二障礙物后，理查森數(shù)明顯減小，異重流的摻混速率顯著增加。由此可見(jiàn)，實(shí)際異重流防護(hù)工程中，第二障礙物的設(shè)置是必要的。

圖7 Frd和Rig沿程變化圖Fig.7 Changes in the Frdand Rigvalues along the channel

2.4 速度剖面和渦度場(chǎng)

異重流速度剖面以速度峰值點(diǎn)為界，分為壁面區(qū)（wall region）和射流區(qū)（jet region）［28］。 根 據(jù)Altinakar等［28］的經(jīng)驗(yàn)公式，速度剖面可表征為

其中：um和hm為速度峰值和該峰值點(diǎn)距底床的高度；αv、βv和γv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用式（8）、（9）與本實(shí)驗(yàn)異重流的速度剖面（通過(guò)PIVlab提取異重流速度數(shù)據(jù)）擬合結(jié)果相比較，如圖8所示，圖中斷面距離閘門(mén)50 cm，數(shù)據(jù)樣本時(shí)間間隔0.2s）。表3為本實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果和Altinakar等［28］的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)對(duì)比?？梢园l(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)αv和γv相差不大，但βv卻有較明顯差別。因Altinakar等實(shí)驗(yàn)的異重流的總體弗勞德數(shù)為1.00～2.33，入流方式為持續(xù)入流，而該實(shí)驗(yàn)的總體弗勞德數(shù)為0.6左右，入流方式為開(kāi)閘式入流，所以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的差異是合理的。

圖9中數(shù)據(jù)樣本時(shí)間間隔0.2 s。如圖9a所示，在障礙物上游區(qū)域，相比于無(wú)障工況，障礙物的存在使異重流速度剖面出現(xiàn)畸變，其畸變的范圍大致與障礙物等高，主流速度明顯減弱。在障礙物下游區(qū)域（圖9b），完成形態(tài)重塑階段的異重流，其速度剖面均存在明顯的壁面區(qū)和射流區(qū)，相對(duì)于無(wú)障和單一障礙物工況，流經(jīng)雙重障礙物的異重流速度峰值衰減了近乎一半，并且異重流厚度明顯變小。

圖8 無(wú)障礙物工況1時(shí)異重流速度剖面圖Fig.8 Vertical velocity profile of gravity current

表3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)對(duì)比Tab.3 Comparison of the empirical constants

圖9 異重流速度剖面圖Fig.9 Vertical velocity profile of gravity current

圖10給出最優(yōu)解工況下異重流越過(guò)2個(gè)障礙物時(shí)0.2 s（20張PIV圖像）內(nèi)的平均渦度場(chǎng)。渦度計(jì)算公式為w=?u/?z-?w/?x［8］，其中x和z為異重流主流向和垂向，u和w為異重流瞬時(shí)的主流和垂向速度。渦度正負(fù)代表方向：順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。如圖10a所示，異重流越過(guò)第一障礙物時(shí)，其上邊界與環(huán)境流體間因湍動(dòng)作用引起的K-H渦和斜壓不穩(wěn)定性（密度與壓力梯度不平行）而出現(xiàn)正向渦度值，在下底床邊界，由于固體邊壁條件以及底床粘性作用產(chǎn)生負(fù)向渦度。此外，射流態(tài)的異重流在約化重力作用下，其頭部區(qū)域出現(xiàn)負(fù)向渦度最大值（逆時(shí)針旋渦），大量環(huán)境流體被卷吸進(jìn)異重流內(nèi)部。當(dāng)異重流遇到第二障礙物時(shí)，由于其頭部未完成形態(tài)的重塑，越障過(guò)程中正向負(fù)向渦度分布趨向無(wú)序，異重流頭部區(qū)域的負(fù)向渦度最大值更大，尺度更?。ㄏ鄬?duì)于第一障礙物），其與環(huán)境流體摻混更加劇烈。

圖10 工況18最優(yōu)解時(shí)異重流在0.2內(nèi)的平均渦度場(chǎng)Fig.10 The average vorticity field in 0.2s（case 18）

3 結(jié)論

通過(guò)雙重障礙物對(duì)開(kāi)閘式異重流運(yùn)動(dòng)特性影響的系列實(shí)驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)異重流運(yùn)動(dòng)形態(tài)的差異，其越障過(guò)程可分為4個(gè)不同的階段：縱向收縮階段、射流階段、坍塌階段、形態(tài)重塑階段。異重流遇到障礙物時(shí)能否形成明顯的反射水躍決定了該障礙物是否有效。

（2）綜合考慮障礙物的阻滯效果、異重流在環(huán)境流體中的擴(kuò)散范圍及工程成本，最優(yōu)布置方案為：第一障礙物高于第二障礙物，同時(shí)第一障礙物的高度要保證異重流在其上游區(qū)形成明顯的反射水躍；障礙物間距要盡可能大（L2=3L0），應(yīng)保證異重流遇到第二障礙物前未恢復(fù)典型頭部形態(tài)，同時(shí)減小移動(dòng)反射水躍對(duì)障礙物的二次撞擊。

（3）無(wú)障礙物工況，異重流的摻混系數(shù)穩(wěn)定在0.05左右。當(dāng)障礙物存在時(shí)，越障過(guò)程中異重流的摻混系數(shù)沿程出現(xiàn)“M”型分布。異重流越過(guò)障礙物后的摻混速率大于無(wú)障礙物工況，其中雙重障礙物工況大于單一障礙物工況。

（4）在障礙物上游區(qū)域，相比于無(wú)障工況，異重流速度剖面出現(xiàn)畸變，其畸變的范圍大致與障礙物等高，頭部前行速度明顯減弱。在障礙物下游區(qū)域，完成形態(tài)重塑階段的異重流，其速度剖面均存在明顯的壁面區(qū)和射流區(qū)，相對(duì)于無(wú)障工況，流經(jīng)雙重障礙物的異重流速度峰值衰減了近乎一半，并且異重流厚度明顯變小。

（5）異重流越過(guò)第一障礙物時(shí)，射流態(tài)的頭部在約化重力作用下，該區(qū)域出現(xiàn)負(fù)向渦度最大值（逆時(shí)針旋渦），大量環(huán)境流體被卷吸進(jìn)異重流內(nèi)部。當(dāng)異重流遇到第二障礙物時(shí)，由于其頭部未完成形態(tài)的重塑，越障過(guò)程中正向、負(fù)向渦度的分布趨向無(wú)序，異重流頭部區(qū)域的負(fù)向渦度最大值更大、尺度更?。ㄏ鄬?duì)于第一障礙物），其與環(huán)境流體摻混更加劇烈。