刚性纤维网络中的湍流
流体动力学
2020-07-09 v2
摘要
采用浸没边界法处理流固耦合，通过三维直接数值模拟研究了固定刚性纤维网络对流体流动的影响。为识别经典能量收支在冠层或纤维介质内以及载粒流中所发生的变化，考虑了不同的流动(即胞状流、平行流与均匀各向同性湍流)。首先，我们研究了该网络对 Arnold-Beltrami-Childress (ABC) 胞状流的稳定效应，表明在足够大纤维浓度下获得的稳态构型以更低雷诺数模拟了单相稳定解。聚焦于大尺度动力学，网络对流动施加的阻力效应可通过 Darcy 摩擦项有效建模。对于后者，我们提出了一个唯象表达式，并在将分析扩展至 Kolmogorov 平行流与均匀各向同性湍流时得到佐证。此外，我们考察了跨越各运动尺度的整体能量分布，突出了小尺度活动的存在，其能谱峰值出现在对应于网络间距的波数处。
引用
@article{arxiv.2005.00442,
title = {Turbulence in a network of rigid fibers},
author = {S. Olivieri and A. Akoush and L. Brandt and M. E. Rosti and A. Mazzino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.00442},
year = {2020}
}