高雷诺数含沙湍流边界层中颗粒-湍流相互作用
流体动力学
2018-11-19 v1
摘要
在水平光滑平板上对含颗粒湍流边界层（TBL）进行了同步两相粒子图像/跟踪测速（PIV/PTV）测量。实验探究了具有大视场（FOV）、基于摩擦速度uτ和边界层厚度δ的相对高雷诺数（Reτ=5500）风沙边界层。沿流动方向布置四台高分辨率CCD相机，该实验可分辨从中小尺度含能涡到边界层大尺度运动（LSMs）的宽谱范围。采用中值粒径203μm、体积分数O(10-5)的稀薄沙漠沙粒作为离散相。发展了改进的两相分离与离散颗粒匹配方法用于两相速度测量。本文结果提供了关于高惯性稀薄浓度颗粒对壁面有界湍流（尤其在高Re下）影响的新信息。沙粒的存在通过抑制近壁区小尺度扫掠-喷射循环衰减湍流脉动，且这种抑制效应随颗粒浓度增加而增强。发现一个临界层（y/δ=0.12或y+=670）将沙粒的局部浓度和流向平均流速的流向演化划分为空间发展的近壁区和准平行外层。此外，在该层处沙粒的扫掠与喷射事件的强度和概率达到平衡。该临界层可能是颗粒跃移过程上限的良好指示，其中LSMs被认为发挥重要作用。
引用
@article{arxiv.1811.06770,
title = {Particle-turbulence interaction in High-Reynolds-number Sand-laden Turbulent Boundary Layer},
author = {Hang-Yu Zhu and Chong Pan and Jin-Jun Wang and Yi-Rui Liang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.06770},
year = {2018}
}