不同雷诺数下湍流中的球体与纤维

我们使用浸没边界法对悬浮于湍流中的有限尺寸球体与纤维进行完全耦合数值模拟，范围涵盖 Taylor 雷诺数 $12.8<Re_\lambda<442$ 与固体质量分数 $0\leq M\leq1$。在所有雷诺数下，球体与纤维均相较单相流降低了湍流强度，且纤维比球体引起的降低更为显著。粒子对反常耗散的影响随 $Re \to \infty$ 趋于消失。逐尺度分析表明，两种粒子形状均给流动提供了“谱捷径”，但在纤维情形下该捷径进一步延伸至耗散区。近粒子耗散的多重分形谱显示，球体增强了二维片层中的耗散，而纤维增强了维数大于一且小于二的结构中的耗散。此外，我们表明球体抑制涡旋流动结构，而纤维产生的结构在其邻近完全克服了湍流涡拉伸行为。