明渠流中浮力颗粒的聚集与表面分布

本研究探讨了明渠湍流中浮力颗粒在气-液界面的聚集行为与表面分布，重点关注毛细吸引力、水动力阻力和流动驱动的横向输运之间的相互作用。通过受控实验室水槽实验，我们系统研究了两种不同尺寸和密度颗粒的聚集动力学。为解释观察到的行为，我们将基于毛细作用的聚集框架扩展到明渠流，引入了一个无量纲的聚集韦伯数(We_cl)，该数捕捉了流动诱导的破坏力与毛细吸引力之间的平衡，从而为观察到的聚集行为提供了简洁的描述。此外，我们证明了二次流在表面颗粒输运中起核心作用，产生了依赖于渠道宽高比的系统性横向累积。综合这些发现，我们将毛细驱动聚集理论扩展到了明渠湍流，并揭示了二次流是控制颗粒表面分布的关键机制。