强剪切湍流中刚性纤维的统计特性

实际上所有流动本质上都是湍流，并含有某种不规则形状的颗粒，例如灰尘、花粉或细菌、昆虫等生命体。颗粒对此类流动的影响以及反之流动对颗粒的影响高度复杂且尚未被完全理解，特别是当颗粒为有限尺寸时。本文报道了一项关于强剪切湍流中毫米级纤维的实验研究。我们发现，在高雷诺数 Taylor-Couette 湍流中，对于所有研究的雷诺数、纤维浓度和位置，纤维相对于平均流动方向呈现出 $-0.38\pi \pm 0.05\pi$（$-68 \pm 9^\circ$）的优先取向。尽管各向异性颗粒具有有限尺寸，我们仍可利用 Jefferey 方程解释这种优先排列，这为简化点粒子方法的有效性提供了证据。此外，纤维的角速度具有强烈的间歇性，再次表明其在湍流中表现出类似点粒子的行为。因此，尽管存在经典的空间和时间滤波效应，大型各向异性颗粒仍可以保留局部流动的印记。