双向耦合如何改变多尺度优先扫掠机制
流体动力学
2022-02-03 v1
摘要
对于单向耦合(1WC)流动,Tom & Bragg(J. Fluid Mech., 871, pp. 244-270, 2019)在 Maxey(J. Fluid Mech., 174, pp. 441-465, 1987)针对弱惯性粒子的分析基础上进行了推进,将其推广到任意惯性粒子,新的理论结果揭示了不同尺度在导致湍流中颗粒沉降增强的优先扫掠机制中所起的作用。Monchaux & Dejoan(Phys. Rev. Fluids, 2, 104302, 2017)通过直接数值模拟(DNS)表明,虽然在低颗粒载荷下双向耦合(2WC)对全局流动统计的影响较弱,但 2WC 使颗粒能够拖动其附近的流体随之一起向下,显著增强了其沉降,并认为 2WC 抑制了优先扫掠机制。我们通过考察 2WC 对不同尺度涡对颗粒沉降贡献的影响来进一步探究这一问题。与 Monchaux & Dejoan 一致,我们表明即使对于低载荷,2WC 也强烈增强颗粒沉降,并展示了 2WC 如何改变不同流动尺度的贡献。然而,与他们的研究相反,我们表明优先扫掠在 2WC 流动中仍然重要。特别是,对于 1WC 和 2WC 流动,由湍流引起的沉降增强主要由处于流动应变区的颗粒的贡献主导,但在 2WC 情况下,这些区域中的颗粒还会拖动流体随之一起向下,导致与 1WC 情况相比其沉降增强。
引用
@article{arxiv.2202.01049,
title = {How two-way coupling modifies the multiscale preferential sweeping mechanism},
author = {Josin Tom and Maurizio Carbone and Andrew D. Bragg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.01049},
year = {2022}
}