低雷诺数分形聚集体的内部应力
流体动力学
2026-05-05 v1
摘要
我们提出了一个低雷诺数流动中分形结构聚集体的数值模型。假设聚集体由立方体颗粒组成,我们首先使用边界积分方法计算作用于聚集体边界的应力。根据这些外部应力,我们计算聚集体内部的应力,以深入了解其破碎或解聚情况。我们关注聚集体在重力作用下沉降或受到背景剪切流的系统,并研究两种类型的聚集体,一种分形维度略小于二,另一种分形维度略大于二。我们根据聚集体中单个立方体与其质心之间的距离将聚集体划分为多个壳层,并观察每个壳层中内部应力的分布。我们的研究结果表明,在聚集体的远边缘处最不可能出现大应力。我们还发现,对于沉降聚集体,最大内部应力按比例缩放为聚集体表观重量与最薄连接处(此处为单个正方形)面积之比的约 7.5%。对于暴露于剪切流的聚集体,我们发现最大内部应力随聚集体半径大致呈二次方缩放。此外,在最大内部应力处打断聚集体后,我们计算了子聚集体的质量分布,并观察到两种类型聚集体在沉降和剪切设置之间存在显著差异,低分形维度的聚集体更可能近似均匀地分裂。我们的数值模型获得的信息可用于开发包含解聚过程的更精细的动力学模型。
引用
@article{arxiv.2411.12966,
title = {Internal stresses in low-Reynolds-number fractal aggregates},
author = {Matteo Polimeno and Changho Kim and François Blanchette},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.12966},
year = {2026}
}