颗粒负载流的体积过滤框架中闭合项的研究与推导
流体动力学
2024-11-20 v1
摘要
Navier-Stokes 方程的体积过滤允许在不作进一步假设的情况下考虑颗粒对流体的影响，但会出现其影响尚未被完全理解的闭合项。在本文中，我们仔细研究了体积过滤流体动量方程中的每一个闭合项，并根据过滤特性研究了它们对动量和能量传递的影响。我们给出了由于粘性项中的过滤器和空间导数不可交换而产生的粘性闭合的解析表达式。推导出了 Stokes 流区中单球体颗粒动量源正则化的解析表达式。此外，我们提出了一个子过滤应力张量模型，该模型源于对对流项的过滤。结果表明，当过滤宽度相对于颗粒尺寸较小时，该子过滤应力张量模型与实际的子过滤应力张量吻合良好。我们表明子过滤应力张量需要建模且不应被忽略。对于较小的过滤宽度，我们发现通常应用的颗粒动量源高斯正则化是对颗粒动量源空间分布的较差近似，但对于较大的过滤宽度，其空间分布接近高斯分布。此外，我们在体积过滤动量方程中提出了一个修正的对流项，它一致地规避了在局部较小流体体积分数下观察到的常见稳定性问题，并指出了先前关于体积过滤流体速度的相平均动能研究中的不一致之处。最后，我们基于清晰且有充分依据的假设，提出了一种通用形式的体积过滤动量方程及其闭合项，并基于新发现提出了点颗粒模拟的指导原则。
引用
@article{arxiv.2402.05842,
title = {Study and derivation of closures in the volume-filtered framework for particle-laden flows},
author = {Max Hausmann and Victor Chéron and Fabien Evrard and Berend van Wachem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.05842},
year = {2024}
}