粗糙壁与光滑壁对滚筒中介观尺度流动的影响

在颗粒流的离散元方法模拟中，壁面有时被建模为紧密排列的固定颗粒单层，从而形成粗糙壁而非几何光滑壁。一个隐含假设是，由此产生的粗糙壁仅在颗粒尺度上局部与光滑壁有所不同。在此，我们通过考虑流动层外围的壁面粗糙度对旋转球形滚筒中单分散颗粒流动的影响，来检验这一假设。我们发现，即使远离壁面，改变壁面粗糙度也会显著改变平均颗粒轨迹。粗糙壁会引起流动层表面附近颗粒更大的向极轴向漂移，但会降低轨迹的曲率。增加滚筒中的体积填充水平对粗糙壁的轴向漂移影响很小，但会增加光滑壁颗粒轨迹的漂移并降低其曲率。这些效应的机制与边界壁处的局部滑移程度有关，该滑移改变了壁面附近的流动层厚度，从而影响甚至在远离滚筒赤道附近壁面处的颗粒轨迹。因此，在颗粒流的精确模拟中，正确选择壁面条件非常重要，即使在远离边界壁的地方也是如此。