含颗粒湍流羽流的夹带现象

我们利用实验室实验研究环境流体向轴对称湍流羽流的夹带，该羽流含有沉降速度远小于羽流速度的密集颗粒。我们考虑颗粒尺寸、颗粒浓度以及羽流浮力通量方向的影响——其与颗粒浮力通量同向或反向。当羽流浮力通量与颗粒浮力通量反向时，羽流夹带增加多达 40%。夹带速率随颗粒浮力通量与流体浮力通量之比线性增加，但不依赖于颗粒尺寸。相反，当羽流浮力通量与颗粒浮力通量同向时，羽流夹带不受颗粒添加影响。所观察到的夹带增加（当羽流与颗粒浮力通量反向时）与惯性聚集一致：颗粒从相对高涡度区域喷出并积聚于湍流流场中相对高应变率区域。高颗粒浓度区域随后可经历对流不稳定，从而影响环境流体向羽流的夹带。基于羽流浮力通量方向所观察到的不同行为也与上述机制一致。最后，基于实验发现，我们提出一个新的夹带系数表达式，以考虑与羽流浮力通量反向的悬浮颗粒的影响。