各向同性湍流中小三轴椭球粒子的取向动力学
流体动力学
2013-12-03 v2 混沌动力学
摘要
本文利用直接数值模拟 (DNS) 研究了湍流中小各向异性示踪粒子的取向动力学，并将结果与拉格朗日随机模型进行了比较。推广了早期针对轴对称椭球粒子的分析 (Parsa et al. 2012)，我们在各向同性湍流的 DNS 中利用拉格朗日追踪测量了一般三轴椭球示踪粒子的取向统计量和旋转速率。在一个方向极长、另一方向极薄且第三方向尺寸居中的三轴椭球，其在椭球最长方向上表现出降低的旋转速率（类似于棒状粒子），而在最薄方向上表现出增加的旋转速率（类似于轴对称盘状粒子）。DNS 结果与假设粒子取向与速度梯度张量统计独立的情形显著不同。它们也不同于速度梯度张量的高斯过程预测，后者无法提供现实的涡度 - 应变率张量对齐。DNS 结果还与基于近期流体变形近似 (RFDA) 的速度梯度张量随机模型进行了比较。与高斯模型不同，该随机模型准确预测了三轴椭球在最长方向上旋转速率的降低，因为该方向与流动涡度对齐，且其垂直于涡度的旋转受到抑制。对于盘状粒子，或三轴粒子中垂直于最长方向的方向，该模型预测的旋转速率明显小于 DNS 观测值，这种行为可以根据模型中涡度取向与最大压缩应变率本征方向的概率来理解。
引用
@article{arxiv.1305.6275,
title = {Orientation dynamics of small, triaxial-ellipsoidal particles in isotropic turbulence},
author = {Laurent Chevillard and Charles Meneveau},
journal= {arXiv preprint arXiv:1305.6275},
year = {2013}
}
备注
24 pages, 15 color figures, references added, published version