双向耦合流中点粒子追踪的斯托克斯阻力精确计算

在本工作中，我们提出并测试了一种适用于含颗粒流体流动中双向动量耦合显著的斯托克斯阻力计算方法。在点粒子公式中，粒子动力学通过出现在各自动量方程中的源项与流体动力学耦合。当颗粒雷诺数较小且颗粒直径小于流体尺度时，通常将动量耦合源项近似为斯托克斯阻力。斯托克斯阻力取决于在颗粒位置处评估的未受扰动流体速度与颗粒速度之差。然而，由于双向耦合，流体速度在颗粒邻近区域相对于其未受扰动值发生了改变。这导致在双向耦合点粒子模拟中计算的斯托克斯阻力被低估。我们建立了阻力误差关于颗粒尺寸相对于网格尺寸的函数关系的估计。随后我们开发了一种修正方法，从计算得到的受扰动速度场估算未受扰动流体速度。该修正方案针对在静止流体中沉降的颗粒进行了测试，发现与常用插值方案相比，计算沉降速度误差降低了一个数量级。