颗粒团聚与湍流调制的直接数值模拟：一种欧拉方法

我们提出了一种新的欧拉框架，用于计算湍流可压缩多相槽道流，特别是为了评估在稀薄浓度但具有显著质量载荷下由分散颗粒物质引起的湍流调制。通过结合用于载气相的改进型低耗散数值格式和用于固体颗粒相的基于求积的矩方法，由于两者均被求解为耦合场，因此可以获得流体相的湍流统计量和颗粒相的涨落。利用直接数值模拟，我们首次展示了该方法如何有效解析中等雷诺数槽道流的湍流统计量、动能、表面摩擦阻力、颗粒质量流率和相间阻力。对无颗粒湍流和含颗粒湍流方法的验证，证明了载气流低耗散格式适用于模拟相对低马赫数可压缩流动，以及基于求积的矩方法适用于将颗粒相作为欧拉场进行模拟。本研究还使用简化的解析方法合理化了计算出的相间阻力调制和总雷诺兹剪切应力结果，揭示了颗粒向壁面迁移如何在不同斯托克斯数和颗粒载荷下影响两相间的阻力。此外，我们展示了近壁颗粒团聚对颗粒质量流率的影响。利用我们的欧拉方法，我们还通过捕捉湍流条纹中颗粒的优先团聚，探索了颗粒与湍流涨落之间的复杂相互作用。这种相互作用导致了与先前使用拉格朗日模拟的计算工作中报告的近期观测结果相似的湍流调制。