在湍流溶剂中加入微量的高聚物会达到减阻的效果，这已经被应用于阿拉斯加的石油管道输运工业中。近期实验发现，高聚物湍流的最优减阻状态发生在“弹-惯性湍流”机制下。这是一种不同于传统牛顿流体的新的湍流机制，它与粘弹性流动中特有的中心型失稳模态相关（对于牛顿流体，圆管流动中的线性扰动是绝对稳定的）。但是，对这种粘弹性失稳机制一直缺乏深刻的认识。

图11：(a) 圆管高聚物溶液渐近分层的示意图; （b）粘弹性模态扰动速度（上）和弹性正应力（下）的特征分布（蓝色表示正值、黄色表示负值）；（c）展示粘弹性模态临界失稳状态的中性曲线，其中Re为表示惯性力与粘性力之比的雷诺数，Wi是表示高聚物弛豫时间与流动时间之比的威森伯格数；kc→0和∞分别表示长波和短波极限。

　　中国科学院力学研究所何国威研究员科研团队首次从数学上展示了该粘弹性模态的多层结构特性，见图11-a，并从物理上阐明了失稳的本质来源于在弱剪切层——中心层——内弹性应力张量的驱动作用。这一驱动机制甚至可以在粘性缺失的情况下存在，这与传统牛顿流的粘性失稳机制有本质区别（粘弹性中心型模态的特征分布见图11-b）。本研究还发现了粘弹性管流中的长波和短波两种失稳机制（分别对应于图11-c中kc→0和∞的情况），并获得了各机制下不同控制参数之间的标度关系，这为工业应用中最优湍流减阻状态的参数设计提供了理论基础。

　　研究结果发表在《J. Fluid Mech.》，论文题目为《粘弹性流动线性稳定性渐进分析》，论文第一和通讯作者是董明研究员。论文链接：DOI: 10.1017/jfm.2022.24。