Difusão por um Campo de Velocidade Aleatória

A difusão de partículas únicas em um campo de velocidade multivariado-normal, incomprimível, estacionário e isotrópico é calculada em duas e três dimensões por simulação computacional e pela aproximação de interação direta. As simulações computacionais são realizadas armazenando o campo de velocidade como um conjunto de componentes de Fourier e sintetizando no espaço físico apenas ao longo das trajetórias das partículas. Os espectros obtidos para o campo de velocidade são da forma E(k) ∝ δ(k − k0) e E(k) ∝ k4 exp (−2k2/k02) em três dimensões, e E(k) ∝ δ(k − k0) e E(k) ∝ k3 exp (−3k2/2k02) em duas dimensões. Tanto campos Eulerianos congelados quanto campos com correlação temporal gaussiana são tratados. Os resultados da simulação concordam com a visão de Taylor de um processo de difusão clássica para tempos longos em comparação com o tempo de circulação dos vórtices, exceto para as simulações de campo Euleriano congelado em duas dimensões, onde fortes efeitos de aprisionamento são encontrados. As aproximações de interação direta para correlação de velocidade Lagrangiana, difusividade de vórtice, dispersão e funções de resposta modal concordam bem com os experiments computacionais, exceto onde há efeitos de aprisionamento, que a aproximação falha completamente em representar.