波状涡流状态下Taylor-Couette流中的微气泡减阻
流体动力学
2015-06-26 v2 混沌动力学
摘要
我们通过直接数值模拟研究微气泡对Taylor-Couette流的影响。我们采用欧拉-拉格朗日方法，其中气体-流体耦合基于点力近似。在单个气泡运动的建模中考虑了附加质量、阻力、升力和重力。我们发现，在所谓的波状涡流状态（Re = 600-2500）下，非常稀的、不可变形小气泡悬浮液（体积空隙率低于1%，韦伯数为零，气泡雷诺数<10）能诱导稳健的统计稳态减阻（高达20%）。归一化扭矩（即对应于减阻的扭矩减小率，TRR）的雷诺数依赖性与Murai等人（J. Phys. 14, 143 (2005)）最近的一系列实验测量结果一致。我们的分析表明，该状态下扭矩减小的物理机制是由于上升气泡引起的局部轴向力，该力能够破坏系统中高耗散的Taylor波状涡旋。我们最终表明，作用在气泡上的升力在此过程中至关重要。当忽略升力时，气泡优先聚集在内圆柱附近，主体流的改性效率降低。
引用
@article{arxiv.physics/0703100,
title = {Microbubbly drag reduction in Taylor-Couette flow in the wavy vortex regime},
author = {Kazuyasu Sugiyama and Enrico Calzavarini and Detlef Lohse},
journal= {arXiv preprint arXiv:physics/0703100},
year = {2015}
}
备注
21 pages, 13 figures, extended and revised version