小惯性颗粒对近壁湍流调制的作用

我们使用界面解析模拟，在稀相/半稀相条件下研究远重于流体的小惯性颗粒对近壁湍流的调制。我们考虑了三种整体固体质量分数，$\Psi=0.34\%$、$3.37\%$ 和 $33.7\%$，其中仅后两者表现出湍流调制。在 $\Psi=3.37\%$ 时阻力增加强烈，而在最浓的情形下则较温和。实际上，出现了两种截然不同的湍流调制机制：对于较小的质量分数，湍流统计量受微弱影响，近壁颗粒聚集增加了阻力，因此流动表现为略高雷诺数下的单相流。相反，在较高的质量分数下，颗粒在整个流动中调制湍流动力学，相间耦合变得更加复杂。在此情形下，流体雷诺应力被削弱，但惯性颗粒动力学通过相关速度涨落增加了阻力，导致总体阻力上升。因此，我们得出结论：尽管高质量分数颗粒降低了流体湍流阻力，固相惯性动力学仍可能增加总体阻力。然而，在体积分数趋于零但质量分数有限的双向耦合极限下对流向动量收支的考察表明，这一趋势在更高颗粒载荷下可能逆转。