湍流中小尺度不可伸长纤维的动力学与破碎

本文研究了充分发展、均匀各向同性湍流中细小、脆性的柔性不可伸长纤维的破碎。此类小纤维大部分时间处于完全拉伸状态，其动力学遵循刚性杆的行为。它们可因拉伸破坏而断裂，即当张力高于给定阈值时。纤维在遭受强压缩时发生弯曲。在这些罕见且间歇的屈曲事件中，它们可因弯曲破坏而断裂，即当曲率超过阈值时。我们对流体流动与纤维动力学进行了精细大规模模拟，以给出这两种破碎过程的统计。这为发展精确的宏观模型提供了要素，即破碎率与子代尺寸分布，可用于预测纤维尺寸分布的时间演化。本文提供了湍流破碎及其所致群体动力学具有普适性的证据。研究确实表明，破碎统计完全由拉格朗日流体速度梯度概率分布决定。该方法指出，唯一相关的无量纲参数是局部柔性，其平衡了流动拉伸与纤维弹性力。