在具有界面分辨与重力的颗粒流DNS中强迫均匀湍流

我们考虑在均匀湍流背景流中有限尺寸球形颗粒在重力作用下沉降的情况。湍流借助Eswaran和Pope [Comput. Fluids, 16(3):257-278, 1988]的随机强迫方法来强迫，而固体颗粒用浸入边界法表示。该强迫方案用于在垂直拉长的盒子中生成各向同性湍流，以保证拉格朗日信号在重力方向上更好的去相关。由于只强迫有限数量的傅里叶模式，可以直接在物理空间中计算强迫场，从而避免全尺寸变换。箱平均动能的收支由受迫动量方程导出。为了排除缓慢发散的可能性，在低泰勒尺度雷诺数 $Re_\lambda=65$、小密度比 $\rho_p/\rho_f=1.5$ 以及两个伽利略数 $Ga=0$ 和 120 的条件下，对稀悬浮液进行了中等规模模拟并持续长时间间隔。结果表明，零重力下的结果与先前的实验测量和可用的数值参考数据完全一致。针对有限重力情况的具体特征，围绕平均沉降速度的减小、加速度统计量以及拉格朗日自相关进行了讨论。