论利用颗粒解析数值模拟对推移质输运方程颗粒形状修正的测试

Zhang 等人 (J. Geophys. Res. Earth Surf. 130, e2024JF007937, 2025) 利用颗粒解析的 LES-DEM 模拟，旨在验证同一团队先前提出的一个经过颗粒形状修正的推移质输运方程。该方程指出，颗粒形状效应通过一个修正的 Shields 数来捕捉，该数除其他因素外，取决于由静止流体中颗粒沉降的力平衡所确定的阻力系数 $C_{D_\mathrm{settle}}$。为了在模拟中独立改变 $C_{D_\mathrm{settle}}$，作者改变了颗粒表面的边界条件：通过人为地将无滑移条件的位置从实际颗粒表面向颗粒内部平移距离 $l$ 至一个虚拟表面，他们希望以此很好地近似滑移长度为 $l$ 的 Navier-slip 条件。在此我们论证，该近似仅在虚拟表面周围形成的边界层厚度远大于 $l$ 时才适用，而我们证明在作者的模拟中并非如此。具体而言，利用针对相同流体动力学条件的独立 DNS-DEM 颗粒沉降模拟，我们直接表明该近似大幅高估了 Navier-slip 球体的 $C_{D_\mathrm{settle}}$ 值。这意味着他们用人工方法创造的条件并不对应于物理上真实的场景，因此不支持作者的颗粒形状修正。为了支持这一结论，我们证明他们的全部数值数据可以由一个简单的零假设模型（不含颗粒形状修正，基于虚拟颗粒而非实际颗粒尺寸）替代解释。