均匀各向同性湍流中垂直受限被动粒子的聚类
流体动力学
2015-05-05 v2
摘要
我们分析了小粒子的动力学，这些粒子通过线性恢复力被垂直限制，以便在三维 (3D) 均匀各向同性湍流速度场内的水平流体板中运动。我们引入并研究的模型可能是对小型水生生物动力学的最简单描述，这些生物由于游泳、主动调节浮力或其他任何机制，将自身维持在海洋或湖泊自由表面下方的浅水平层中。通过改变恢复力的强度，我们能够控制粒子可以运动的流体板的厚度。这使我们能够分析系统在广泛条件下的统计特征，范围从完全三维不可压缩流（对应于无限制的情况）到对应于二维切片的极度限制情况。背景三维湍流速度场通过完全解析的直接数值模拟进行演化。只要存在某种程度的垂直限制，粒子轨迹就会偏离流体示踪粒子的轨迹，并且粒子会经历一个有效可压缩的速度场。在此，我们通过改变恢复力的强度，量化了可压缩性、粒子的优先聚集以及关联维数。主要结果是，存在一个特定的力常数值，对应于平均板深约为几倍 Kolmogorov 长度尺度的情况，该值使粒子的聚类最大化。
引用
@article{arxiv.1411.1950,
title = {Clustering of vertically constrained passive particles in homogeneous, isotropic turbulence},
author = {Massimo De Pietro and Michel A. T. van Hinsberg and Luca Biferale and Herman J. H. Clercx and Prasad Perlekar and Federico Toschi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1411.1950},
year = {2015}
}