平行气液流间的两相混合层：多相湍流统计与界面不稳定性的影响
流体动力学
2018-12-05 v1
摘要
平行气液流之间形成的两相混合层是湍流多相流中的一个重要基础问题。该问题与许多工业应用和自然现象相关，例如燃料喷射系统中的空气雾化喷嘴和海洋中的破碎波。气流与液流之间的速度差引发界面不稳定性，该不稳定性根据流属性和喷射参数可为对流或绝对不稳定。在本研究中，对处于绝对不稳定区域的两相气液混合层进行了直接数值模拟。模拟中观察到主导频率，且数值结果与黏性稳定性理论的预测吻合良好。由于界面波在湍流转捩与发展中起着关键作用，湍流涨落（如涡量）的时间演化也表现出相似频率。为研究多相湍流流的统计响应，模拟运行了较长物理时间以便进行时间平均，从而得到雷诺应力和湍动能（TKE）收支的统计收敛结果。我们开展了使用从 800 万到约 40 亿网格单元的广泛网格细化研究。结果表明，与 TKE 收支中其他项相比，湍流耗散对网格分辨率要求极高。最细网格所得结果距湍流耗散的收敛结果不远，这使我们能获得 Kolmogorov 和 Hinze 尺度的估计。计算所得 Hinze 尺度明显大于观测到的液滴尺寸，似乎并非描述雾化中形成的最小液滴尺寸的相关长度尺度。
引用
@article{arxiv.1808.01996,
title = {A two-phase mixing layer between parallel gas and liquid streams: multiphase turbulence statistics and influence of interfacial instability},
author = {Y. Ling and D. Fuster and G. Tryggvason and S. Zaleski},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.01996},
year = {2018}
}