均匀剪切流中惯性粒子的各向异性成簇

最近，湍流中惯性粒子的成簇现象已在统计均匀各向同性流动中得到了彻底分析。从现象学上讲，粒子构型的空间均匀性被由粒子的斯托克斯弛豫时间决定的一系列涡旋的平流所破坏，这导致了局部浓度和空洞的多尺度分布。关于各向异性流动的了解要少得多。在这里，通过处理统计稳态的含粒子均匀剪切流的直接数值模拟（DNS），我们提供了证据表明平均剪切优先取向粒子图案。通过在大尺度速度波动上印刻各向异性，剪切间接影响了团簇的几何形状。通过一个专门设计的工具——粒子对的角度分布函数（ADF）——提供定量评估，该工具允许逐尺度处理粒子聚集体的各向异性含量。数据表明，根据粒子的斯托克斯弛豫时间，即使在载波相速度场已经恢复各向同性的尺度范围内，也可能发生各向异性成簇。ADF各向异性分量中奇异性的强度量化了细尺度各向异性的水平，在粘性尺度间隔内找到两个邻近粒子的概率甚至可能达到方向依赖变化超过30%的值。