均匀各向同性湍流中的Kolmogorov尺度粒子

Alessandro Chiarini; Simone Tandurella; Marco Edoardo Rosti

均匀各向同性湍流中的Kolmogorov尺度粒子

流体动力学 2025-01-23 v2 计算物理

作者: Alessandro Chiarini , Simone Tandurella , Marco Edoardo Rosti

摘要

我们研究了在微尺度雷诺数 $Re_\lambda \approx 140$ 的均匀各向同性湍流中运动的Kolmogorov尺度球形颗粒的流固相互作用。考虑了两种体积分数, $10^{-5}$ 和 $10^{-3}$ , 并将固液密度比设为 $5$ 和 $100$ 。我们比较了界面分辨(PR-DNS)和单向耦合点粒子(PP-DNS)直接数值模拟。我们发现,调制后的能谱在惯性尺度范围内呈现经典的 $-5/3$ Kolmogorov标度律,而在更小尺度上呈现 $-4$ 标度律,后者源于粒子注入的能量与粘性耗散在原本平滑的流动中的平衡。对小尺度流动拓扑的分析表明,粒子主要倾向于轴向应变和涡旋压缩事件。通过PR-DNS研究的粒子动力学及其集体运动,用于评估PP-DNS的有效性。我们发现,对于低密度情况,PP-DNS能较好地预测粒子运动的拉格朗日和欧拉统计量,而对于高密度情况则观察到一些差异。此外,与PR-DNS相比,PP-DNS预测的悬浮颗粒聚集程度偏低,在高密度情况下差异更大。

关键词

均匀各向同性湍流颗粒负载流动 Kolmogorov尺度粒子界面分辨直接数值模拟点粒子直接数值模拟能谱聚集

引用

@article{arxiv.2409.02467,
  title  = {Kolmogorov-size particles in homogeneous and isotropic turbulence},
  author = {Alessandro Chiarini and Simone Tandurella and Marco Edoardo Rosti},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2409.02467},
  year   = {2025}
}

均匀各向同性湍流中的Kolmogorov尺度粒子

摘要

关键词

引用

相关论文