基于微观结构的静止颗粒集合水动力预测
流体动力学
2024-05-03 v1 计算物理
摘要
在这项工作中，我们推导了新的水动力模型，用于在仅可获得流动平均分辨率时描述流动与颗粒集合中颗粒的相互作用。这些力模型能够预测颗粒集合上的平均阻力，以及集合中每个单独颗粒相对于平均阻力的偏差和升力。为此，我们对不同颗粒集合和流态进行了 PR-DNS，颗粒体积分数变化至 0.6，平均颗粒流动雷诺数变化至 300。为表征集合中颗粒的结构，进行了 Voronoi 镶嵌，并基于该镶嵌定义了一些标量、向量和张量。基于微观结构的水动力模型建立在这些由 Voronoi 镶嵌导出的量、颗粒集合的全局体积分数和由雷诺数表示的流态，以及集合中各颗粒受力的符号回归之上。所得水动力模型为单一表达式，可直接用于拉格朗日颗粒追踪（LPT）或计算流体动力学/离散元模型（CFD/DEM）框架。通过将新提出的水动力模型与拉格朗日颗粒追踪模拟中通常采用的平均力模型比较，表明在不显著增加计算成本的情况下可实现精度的显著提升。
引用
@article{arxiv.2308.13299,
title = {Microstructure-based prediction of hydrodynamic forces in stationary particle assemblies},
author = {Berend van Wachem and Hani Elmestikawy and Victor Chéron},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.13299},
year = {2024}
}