湍流边界层中释放的有限尺寸球体的运动

在摩擦雷诺数 Re_{\tau}=680 和 1320（分别为 d^+ = 58 和 122 黏性单位）的水中，比重为 1.006、1.054 和 1.152 的单个磁性蜡球从光滑壁面由静止释放。通过三维跟踪以理解湍流与壁面摩擦对球体运动的影响。受到足够平均剪切作用的球体在初始抬离壁面后重新下落靠近壁面。这些抬升的球体随壁面上方流体平流，经历跳跃或再悬浮，几乎不绕任何轴旋转。相比之下，释放时未抬离的球体主要沿壁面滑动。这些较密的球体因更大的壁面摩擦而更显著地滞后于流体。当它们向下游滑动时，开始向前滚动，随后发生小的重复抬离事件。这些球体也绕流向与壁面法向轴旋转。在所有情况下，球体轨迹仅限于缓冲层与对数区，且所有壁面碰撞均为完全非弹性。即便球体达到近似终端速度后，其流向速度仍相对均值波动达 20%。在平行于壁面的平面内，球体在展向迁移约为其流向距离的 12%，表明展向力十分重要。球体运动学的差异很可能由边界层中的高低动量区、球体尾流中的涡脱落以及壁面摩擦所诱发。向前滚动的较密球体的重复抬离归因于马格努斯升力。