含颗粒流中同旋涡的合并
流体动力学
2023-12-06 v2
摘要
我们研究了在半稀浓度下颗粒惯性对同旋含颗粒涡对合并的影响。在无颗粒流动中，一旦涡核尺寸与涡间距之比达到临界值，合并即被触发。随后涡对间距单调减小，直至两个涡核合并在一起。利用同旋载粒涡的欧拉-拉格朗日模拟，我们展示了其与先前在无颗粒流中建立的涡动力学存在显著偏离。最引人注目的是，我们发现具有中等惯性的离散颗粒使涡对推离至接近初始间距两倍的分离距离。在此阶段，被抛出涡核的颗粒对流体施加的阻力产生净排斥力，将两个涡核推开。最终，两个含颗粒涡合并为单一涡，且大多数颗粒积聚在核外，类似于 Shuai & Kasbaoui (J. Fluid Mech., vol 936, 2022, A8) 中描述的含颗粒 Lamb-Oseen 涡。对于弱惯性颗粒，我们发现合并动力学遵循与单相流相同的机制，但需调整密度以匹配混合密度。对于高惯性颗粒，颗粒对流体施加的反馈力可能在合并过程中拉伸两个涡核，直至每个核分裂为二，形成内外涡对。在此情况下，合并分两阶段发生：内涡先合并，随后外涡合并。
引用
@article{arxiv.2307.05413,
title = {The merger of co-rotating vortices in dusty flows},
author = {Shuai Shuai and Anubhab Roy and M. Houssem Kasbaoui},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.05413},
year = {2023}
}