均匀湍流中小重质颗粒的动力学：一项拉格朗日实验研究
流体动力学
2021-05-12 v1
摘要
我们研究微观重质颗粒在均匀空气湍流中沉降的行为。该 regime 与粉尘和液滴的 airborne 输运相关：泰勒微尺度雷诺数为 Re = 289 - 462，柯尔莫哥洛夫尺度斯托克斯数为 St = 1.2 - 13，且柯尔莫哥洛夫加速度与重力加速度相当（即弗劳德数 Fr = O(1)）。我们使用高速激光成像追踪颗粒并同时表征空气速度场，解析所有相关的时空尺度。重点突出了颗粒所采样流动的作用。在当前的参数范围内，颗粒沉降速度按湍流速度尺度成比例增强。与流体相比，重力和惯性均减小了颗粒的速度涨落；而它们通过交叉轨迹机制和惯性滤波机制分别对颗粒加速度产生竞争效应。对高应变/低涡度区域的优先采样是可测量的，但其对全局统计的影响适中。惯性颗粒在小间距下具有较大相对速度，增加了其成对弥散；然而，重力通过使它们经历比示踪粒子时间上去关联更快的流体速度而抵消该效应。基于观测，我们推导了一个解析模型，用于预测任意 St、Fr 和 Re 下的颗粒速度与加速度方差。该模型与当前观测及先前模拟吻合良好，并捕捉了惯性和重力的各自效应，二者在输运中均起关键作用。
引用
@article{arxiv.2103.06961,
title = {Dynamics of small heavy particles in homogeneous turbulence: a Lagrangian experimental study},
author = {Tim Berk and Filippo Coletti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.06961},
year = {2021}
}