有限尺寸颗粒在平面库埃特流中湍流调制的数值研究

采用全颗粒解析直接数值模拟研究了悬浮有有限尺寸球形颗粒的湍流平面库埃特流。探究了颗粒长宽比对湍流参数和颗粒统计的影响，得出了与先前实验发现 \citep{wang2022finite} 相同的结论。通过应力分析，我们发现颗粒的存在为系统引入了额外应力，并解释了全局阻力增加的原因。含颗粒流工况的能谱分别在大尺度和小尺度上符合 $k^{-5/3}$ 和 $k^{-3}$ 的标度。尽管含颗粒流中观测到的 $k^{-3}$ 标度让人联想到气泡流，但对颗粒雷诺数的检验表明，其背后的机制可能不像气泡情形那样可归因于颗粒诱导的伪湍流。从颗粒统计角度看，我们观察到球形和非球形颗粒分别优先聚集在近壁区和主体区，且非球形颗粒的取向受其长宽比影响，尤其在近壁区。本文数值结果结合 \cite{wang2022finite} 中先前的实验发现，提供了关于流体相和颗粒相的深入信息，有助于更好地理解剪切流中的颗粒悬浮。