含气泡流中湍流多尺度特性的实验研究
流体动力学
2022-03-02 v1
摘要
本文实验研究了含气泡湍流在不同尺度下的特性，聚焦于流动动能、能量传递与极端事件。实验采用粒子阴影测速测量技术，测量由均匀气泡群在水中上升所产生的柱内流场，涉及两种气泡直径( mm mm)与中等气体体积分数()。以高分辨率测量两个速度分量，并用于构造从小尺度到大尺度分离达十二阶的结构函数。关于流动各向异性，发现速度结构函数在流动的垂直与水平方向分离时存在差异，且小气泡情形各向异性最强，并依赖于空隙率。各向异性程度随结构函数阶数增高而增大，表明流中极端事件最具各向异性。结果表明，水平速度分量的平均能量传递为向下尺度，正如三维单相湍流一样；而流体速度垂直分量相关的能量传递为向上尺度。速度增量的概率密度函数揭示极端值随雷诺数减小而更可能出现，与单相湍流行为相反。我们可视化这些极端事件，发现强小尺度速度增量区域出现在气泡尾流边界处的湍流/非湍流界面附近。
引用
@article{arxiv.2109.11363,
title = {An experimental study on the multiscale properties of turbulence in bubble-laden flows},
author = {Tian Ma and Hendrik Hessenkemper and Dirk Lucas and Andrew D. Bragg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.11363},
year = {2022}
}