高数密度湍流中四向耦合粒子的高效点粒子模拟
流体动力学
2024-07-02 v2 混沌动力学
计算物理
摘要
在许多自然和工业应用中，湍流都包含某种形式的弥散颗粒。尽管这种多相湍流普遍存在，但其数值建模已被证明是一个极具挑战性的问题。完全解析颗粒相的模型计算成本极高，严重限制了实际中可考虑的颗粒数量。这促使我们需要开发高效的降阶模型，以处理湍流中高数密度的复杂颗粒系统。在此，我们提出了一种高效的四向耦合湍流颗粒点粒子模拟方法。与传统的仅模拟流体相对颗粒相作用的单向耦合模拟不同，该方法还考虑了颗粒相对流体相的反作用以及颗粒间的相互作用。我们聚焦于最具挑战性的情况：非常轻的颗粒或气泡，它们在流体的高涡量区域表现出强烈的聚集。这种强聚集带来了数值困难，我们在工作中系统地处理了这些问题。我们的方法在颗粒尺寸远小于流动科尔莫戈罗夫尺度的极限下有效，并且能够处理非常大的颗粒数密度。该方法为研究小颗粒在流体湍流中的集体效应铺平了道路，可应用于众多领域。
关键词
引用
@article{arxiv.2404.10479,
title = {Efficient point-based simulation of four-way coupled particles in turbulence at high number density},
author = {Xander M. de Wit and Rudie P. J. Kunnen and Herman J. H. Clercx and Federico Toschi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.10479},
year = {2024}
}