流体流动中静止于表面的颗粒的临界剪切率与力矩稳定条件

我们提出了一种定量描述，用于确定在层流和湍流流体中，使静止于带模型粗糙面的表面上的球形颗粒脱落所需的临界剪切率 $\dot{\gamma_c}$。我们搭建了一个锥-平面实验装置，能够在 $10^{-3}$ 到 $1.5 \times 10^3$ 的宽颗粒雷诺数 $Re_p$ 范围内测量 $\dot{\gamma_c}$。研究发现，使颗粒脱落的条件与力矩平衡条件一致，由于绕颗粒中心的阻力所产生的力矩分量，该条件比力平衡给出的 $\dot{\gamma_c}$ 更低。对于 $Re_p < 0.5$ 的数据，与 $Re_p \rightarrow 0$ 极限下阻力和升力系数的解析计算吻合良好。对于无解析结果的高 $Re_p$，发现当 $Re_p > 1000$ 时水动力系数趋于常数。我们表明，在黏性和惯性极限下得到的水动力系数的线性组合可将观测到的 $\dot{\gamma_c}$ 描述为颗粒和流体性质的函数。