湍流中沉降各向异性颗粒的取向动力学
大气与海洋物理
2020-07-22 v3 流体动力学
摘要
我们利用直接数值模拟与理论，研究了小尺度各向异性颗粒（椭球）在均匀各向同性湍流中沉降的动力学。作用于亚 Kolmogorov 尺度椭球上的重力诱导惯性力矩，导致明显非高斯的取向分布，该分布集中于宽面朝向（重力方向）的取向上。我们在广泛的椭球轴比、Stokes 数与 Froude 数范围内获得了取向分布与平均沉降速度。模拟得到的取向矩在无惯性快速沉降极限下与解析预测吻合良好，二者均表现出对椭球轴比的非单调依赖。在 Stokes 数为 1 量级时，由于优先扫掠效应导致的空间非均匀颗粒浓度场，出现了偏差；因此，时间平均的颗粒沉降速度超过了取向平均的估计值。
引用
@article{arxiv.1907.02857,
title = {Orientation Dynamics of Sedimenting Anisotropic Particles in Turbulence},
author = {Prateek Anand and Samriddhi Sankar Ray and Ganesh Subramanian},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.02857},
year = {2020}
}
备注
18 pages, 5 figures, includes Supplemental material