颗粒流欧拉-拉格朗日模拟中水动力的随机模型
流体动力学
2021-03-22 v1
摘要
标准欧拉-拉格朗日（EL）方法通常采用仅表征作用于颗粒悬浮液的平均水动力的阻力模型。因此，由邻体诱导的流扰动所产生的高阶阻力统计未被考虑，这影响了对颗粒速度方差与弥散的预测。我们发展了一种力朗之万（FL）模型，在EL框架内将邻体诱导的阻力涨落视为随机力。该随机阻力遵循Ornstein-Uhlenbeck过程，需对涨落水动力的积分时间尺度与阻力标准差进行封闭。前者利用由非均匀气体动理论导出的连续碰撞间平均自由时间封闭。后者借助固定颗粒簇的颗粒解析直接数值模拟（PR--DNS）建立关联式。该随机EL框架明确了未解析阻力统计，相较于自由演化均匀悬浮液的PR--DNS，能在宽广雷诺数与固相体积分数范围内正确演化并维持颗粒速度方差。相反，标准EL从已解析流动的变化推断阻力统计，从而低估均匀悬浮液中颗粒速度方差的增长与稳态值。发现标准EL方法的速度统计依赖于双向动量耦合所用投影函数的带宽，而随机EL方法的结果对投影带宽不敏感。
引用
@article{arxiv.2103.10581,
title = {A stochastic model for the hydrodynamic force in Euler--Lagrange simulations of particle-laden flows},
author = {Aaron M. Lattanzi and Vahid Tavanashad and Shankar Subramaniam and Jesse Capecelatro},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.10581},
year = {2021}
}