稀相颗粒-气体悬浮液中湍流在阈值颗粒载荷下的猝灭

在湍流气-粒悬浮液中，有两种机制被认为负责由悬浮颗粒引起的湍流调制。湍流增强是由于颗粒后尾流对脉动的增强，而湍流衰减则被认为源于颗粒阻力导致的耗散增加。为检验湍流衰减机制，我们对颗粒-气体悬浮液进行了直接数值模拟（DNS），其基于平均气体速度 $\bar{u}$、通道宽度 $h$ 和气体运动黏度的雷诺数约为 3333。基于颗粒直径 $d_p$、气体运动黏度与流动速度 $\bar{u}$ 的颗粒雷诺数约为 42，斯托克斯数在 $7-450$ 范围内。颗粒体积分数在 $0-2 \times 10^{-3}$ 范围内，颗粒质量载荷在 $0-9$ 范围内。随着体积分数增大，在临界体积分数处观察到湍流速度脉动的间断下降，从 $9 \times 10^{-4}$ 到 $1 \times 10^{-3}$。各方向均方脉动速度与雷诺应力均降低一个数量级。尽管由颗粒阻力引起的能量耗散有适度增加，但该增加小于湍流能量产生的减少；此外，在湍流猝灭时总能量耗散率反而下降。因此，湍流衰减似乎是由于湍流产生机制的中断，而非由于颗粒导致的耗散增加。在临界颗粒载荷处湍流强度发生间断性猝灭，而非随颗粒载荷增加而连续下降。