高雷诺数下气泡诱导湍流的 direct numerical simulation
流体动力学
2021-12-17 v2
摘要
我们报道了一项关于湍流气泡流的研究。尺寸大于耗散尺度的气泡不能被当作点状夹杂处理，其在运动时会在载流流体中产生重要的流体力学场。此外，当气泡体积分数足够大时，由于流体动力相互作用，气泡运动可能引发一种集体扰动，表现出某些类湍流特征。我们通过数值手段处理这一复杂现象，采用流体体积法(VOF)进行直接数值模拟(DNS)。在工作的第一部分，我们进行了二维和三维测试，以确定合适的数值与物理参数。随后，我们开展了一项高分辨率的三维气泡柱模拟，其构型与物理参数类似于实验室实验中所用的设置。这是针对此类构型所尝试的最大规模模拟，且仅得益于自适应网格加密才得以实现。结果与实验及先前的粗网格数值模拟进行了比较。特别地，液体速度涨落的单点概率密度函数(PDF)与实验在定量上吻合良好，尤其在竖直方向上，尽管在当前构型中采样到了更极端的事件。液体动能谱显示出清晰的 标度律。能量传递背后的机制，尤其是可能存在的级联，通过物理空间中的局部逐尺度分析得以揭示。与先前模拟的比较指出了在统计意义上，未完全分辨的模拟在何种程度上仍可能给出正确结果。
引用
@article{arxiv.2002.02209,
title = {Direct Numerical Simulation of bubble-induced turbulence at high Reynolds numbers},
author = {Alessio Innocenti and Alice Jaccod and Stéphane Popinet and Sergio Chibbaro},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.02209},
year = {2021}
}
备注
Manuscript fully revised