自由面流中逆沙丘的颗粒解析模拟
流体动力学
2023-04-25 v2 计算物理
地球物理
摘要
超临界湍流与颗粒沉积床的相互作用在实验与数值上均具挑战性；这一难题阻碍了对逆沙丘——超临界流最典型底形的深入理解。本文呈现了首次采用几何解析颗粒与液-气界面模拟向上游迁移逆沙丘的数值尝试。我们的模拟提供了高于实验室实验分辨率的数据，因此可揭示逆沙丘迁移机制的新见解，并增进对底层物理的理解。为控制模拟的计算代价与物理复杂性，我们采用累积量格子 Boltzmann 方法，结合处理颗粒相互作用的离散元方法，以及追踪流体可变形自由面的流体体积法。通过复现先前实验的两种流动配置（Pascal 等，Earth Surf. Proc. Land., vol. 46(9), 2021, 1750-1765），我们证明了该方法稳健且准确预测逆沙丘的振幅、波长与波速。此外，模拟的壁面剪切应力——控制泥沙输移的关键参数——与实验测量极为吻合。我们模拟方法得到的高分辨率流体与颗粒运动数据，为浅水超临界流中形态动力学的细致研究开辟了新视角。
引用
@article{arxiv.2301.10674,
title = {Particle-resolved simulation of antidunes in free-surface flows},
author = {Christoph Schwarzmeier and Christoph Rettinger and Samuel Kemmler and Jonas Plewinski and Francisco Núñez-González and Harald Köstler and Ulrich Rüde and Bernhard Vowinckel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.10674},
year = {2023}
}