弥合颗粒尺度力与尺寸分选连续介质建模之间的鸿沟：在床沙输运中的应用
流体动力学
2021-04-28 v1 软凝聚态物质
摘要
重力驱动的尺寸分选在山区河流中十分重要，那里广泛粒度的颗粒作为床沙被输运。更具体地，垂直尺寸分选是一种多尺度过程，起源于颗粒尺度上的相互作用，并在河段尺度上产生重要的形态后果。为解决此问题，基于颗粒间分选力（Guillard等2016）和颗粒斯托克斯阻力（Tripathi和Khakhar 2013），我们发展了浸没双分散颗粒流的体平均多相流模型。由该模型推导出一个平流-扩散模型， yielding基于颗粒间相互作用的平流与扩散系数参数化。此方法使得弥合颗粒尺度物理与连续介质建模之间的鸿沟成为可能。两个模型均针对已有的床沙输运尺寸分选离散元模型（DEM）模拟（Chassagne等2020）成功进行了验证。通过对颗粒力的详细研究，表明所观测到的平流与扩散系数随惯性数的标度可由阻力对黏度的依赖来解释。阻力系数被证明与小颗粒浓度呈线性依赖。分选力随摩擦系数的标度关系得到确认，并识别出包括惯性数和小颗粒浓度在内的额外非平凡依赖关系。最后，在分选力中加入尺寸比依赖可完美复现大范围小颗粒浓度与尺寸比下的DEM结果。
引用
@article{arxiv.2005.09435,
title = {Bridging the gap between particle-scale forces and continuum modelling of size segregation: application to bedload transport},
author = {Hugo Rousseau and Rémi Chassagne and Julien Chauchat and Raphael Maurin and Philippe Frey},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.09435},
year = {2021}
}