含粘性颗粒湍流通道流动中的聚集、破碎与尺寸依赖输运

由于颗粒间存在吸引力，悬浮在湍流中的粘性颗粒会经历复杂的聚集、破碎与重构过程。尽管关于悬浮在均匀各向同性湍流中的粘性颗粒材料“絮凝”现象的知识日益丰富，但目前对湍流与剪切均不均匀的壁面流动关注甚少。本研究首次对解析的粘性颗粒的充分发展壁面流动进行了调查。我们在逐步增加粘性强度的情况下，进行了五次携带有限尺寸颗粒的湍流通道流动直接数值模拟。采用群体平衡方程（PBE）框架来分析聚集体动力学。当对整个计算域进行积分时，PBE 仅由聚集和破碎闭合。然而，发现在法向方向上该平衡在局部并不成立，并识别出了聚集体净产生与净消耗的区域。研究表明，这种不平衡由聚集体的尺寸依赖法向输运所补偿，揭示了一种平均环流：较大的聚集体优先在通道中心产生并向壁面迁移，在壁面处发生破碎；而较小的聚集体则被输运离开壁面，逐渐生长并重新进入循环。