湍流中颗粒沉降速度的降低
流体动力学
2016-11-29 v2
摘要
采用浸没边界法考虑离散固相，我们通过直接数值模拟研究了持续均匀各向同性湍流(HIT)中有限尺寸刚性球的沉降。我们研究了不同伽利略数Ga下的半稀释悬浮液。伽利略数是浮力与黏性力之比，此处通过固液密度比改变。重点在于略重于流体的颗粒。我们发现，在HIT中，平均沉降速度小于静水中者；特别地，随着孤立球在静水中的终端速度与湍流速度涨落之比的减小，其相对于静水中孤立球的终端速度降低了6%–60%。分析流固相对运动发现，由于颗粒横流速度引起的垂直阻力增加，平均沉降速度随密度比减小而逐渐降低。非定常效应对平均总阻力的贡献约为6%–10%。颗粒速度与加速度的概率密度函数表明它们与湍流特征密切相关。发现若以(2a)/u'（其中2a为颗粒直径，u'为湍流速度均方根）对时间进行标度，则所有Ga下颗粒在沉降方向的均方位移相似。
引用
@article{arxiv.1608.08549,
title = {Reduced particle settling speed in turbulence},
author = {Walter Fornari and Francesco Picano and Gaetano Sardina and Luca Brandt},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.08549},
year = {2016}
}
备注
Accepted for publication in Journal of Fluid Mechanics