明渠流中壁面固定球形颗粒所受力和力矩的时空尺度
流体动力学
2013-07-24 v1
摘要
进一步分析了 Chan-Braun 等人 ["Force and torque acting on particles in a transitionally rough open-channel flow", J. Fluid Mech. 684, 441--474 (2011), 10.1017/jfm.2011.311] 生成的直接数值模拟数据，该数据针对体雷诺数为 2900 的几何粗糙壁面明渠流，重点研究了作用在壁面固定球体上的力和力矩的时间与长度尺度。对于方形排列的两种尺寸球体（直径分别为 11 和 49 个壁面单位，分别产生水力光滑流和过渡粗糙流），研究了阻力、升力和展向力矩的空间结构。展示了时间与空间的自相关谱以及时空相关性和对流速度并进行了讨论。研究发现，展向颗粒力矩的统计特性与光滑壁面的剪切应力相似。颗粒阻力和升力与展向颗粒力矩不同，表现出明显更小的时间和长度尺度；阻力和升力的对流速度略大于展向力矩的对流速度。此外，还展示了流场与颗粒相关量之间的相关性。流向速度与阻力/展向力矩之间相关性的空间结构呈现出类似于缓冲层条带的细长形状。压力场与颗粒阻力之间的相关性在颗粒的上游和下游侧表现出两个符号相反的隆起。
引用
@article{arxiv.1306.0680,
title = {Spatial and temporal scales of force and torque acting on wall-mounted spherical particles in open channel flow},
author = {Clemens Chan-Braun and Manuel Garcia-Villalba and Markus Uhlmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:1306.0680},
year = {2013}
}
备注
accepted for publication in Phys. Fluids