零滑移速度下近壁运动粒子所受升力与阻力

通过数值计算考察了单壁有界线性剪切流中一个小的、中性浮力球形粒子所受的升力与阻力。通过将粒子速度设为等于局部流体速度（零滑移）并将所得水动力作为分离距离的函数来考察，从而将剪切率的影响与滑移的影响分离。与以往多数数值文献不同，本文考虑低剪切雷诺数（$10^{-3} \lesssim Re_{\gamma} \lesssim 10^{-1}$）。该剪切率范围在处理小通道内颗粒流时相关，例如生物科技行业正在使用或开发的微流控装置中的颗粒迁移。我们证明了升力和阻力均强烈依赖于剪切率。基于先前 $Re_{\gamma} \ll 1$ 的理论研究，提出了一个基于壁面剪切的升力关联式，适用于壁面位于扰动流内区与外区的情况。类似地，我们验证了一个改进的阻力关联式，其包含壁面分离距离的高阶项，能更准确地捕捉粒子靠近但未接触壁面时的阻力。新关联式的应用表明，所考察的基于剪切的升力与先前考察的基于滑移的升力同样重要，突显了在预测中性浮力粒子近壁运动时考虑剪切的必要性。