湍流中沉降颗粒的多尺度优先扫掠
流体动力学
2019-05-22 v2
摘要
在一篇开创性文章中，Maxey（J. Fluid Mech., 174:441-465, 1987）给出了理论分析，表明湍流中颗粒沉降速度的增强通过优先扫掠机制产生，该机制依赖于惯性颗粒对流体速度梯度场的优先采样。然而，Ireland 等人（J. Fluid Mech., 796:659–711, 2016）最近的直接数值模拟（DNS）结果表明，即使在优先采样缺失的参数空间部分，颗粒仍表现出增强的沉降速度。此外，关于不同湍流尺度对增强沉降的作用以及 Taylor Reynolds 数 的作用，仍存在若干悬而未决的问题。Maxey 的分析未能解释这些问题，部分原因在于其仅限于颗粒 Stokes 数 的情形。为解决这些问题，我们推导了一个新的理论结果，适用于任意 ，揭示了产生增强沉降速度机制的多尺度本质。特别地，它展示了优先扫掠机制起作用的尺度范围如何依赖于 。该分析辅以 DNS 结果，我们通过粗粒化底层流动来考察不同流动尺度对颗粒沉降速度的作用。结果显示，贡献于增强沉降的流动尺度如何依赖于 ，并且与先前论断相反，不存在单一湍流速度尺度能够刻画增强沉降速度。结果解释了颗粒沉降速度对 的依赖性，并展示了在足够大的 下该依赖的饱和如何依赖于 。结果还显示……
引用
@article{arxiv.1812.08830,
title = {Multiscale preferential sweeping of particles settling in turbulence},
author = {Josin Tom and Andrew D Bragg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.08830},
year = {2019}
}