静止流体中沉降的长球体：聚集、微观结构和碰撞
流体动力学
2024-12-11 v2
摘要
本研究通过粒子解析直接数值模拟，研究了长球体在静止流体中的沉降。随着颗粒体积分数φ从0.1%增加到10%，我们观察到颗粒平均沉降速度⟨V_s⟩的非单调变化。通过Voronoi分析，我们发现当⟨V_s⟩在φ=1%处达到局部最大值时，颗粒聚集程度最高。在群体效应下，聚集的颗粒优先采样尾流区域的下行流体，导致沉降速度增强。对于较低或较高的体积分数，颗粒聚集趋势和下行流优先采样减弱。当体积分数超过5%时，阻碍效应占主导地位，使⟨V_s⟩降低到小于孤立沉降速度。颗粒取向对平均沉降速度影响较小，尽管单个长球体在偏离宽面对齐时仍倾向于在悬浮液中沉降更快。此外，我们还证明，在尾流诱导的流体动力学吸引作用下，颗粒在稀悬浮液中容易形成柱状微观结构。径向分布函数在较低体积分数时更高。因此，按颗粒数密度标度的碰撞率随体积分数增加而降低。相比之下，作为颗粒碰撞率的另一个贡献，附近颗粒的相对径向速度由于润滑效应而表现出较小的变化。
引用
@article{arxiv.2404.11832,
title = {Prolate spheroids settling in a quiescent fluid: clustering, microstructures and collisions},
author = {Xinyu Jiang and Chunxiao Xu and Lihao Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.11832},
year = {2024}
}