有限尺寸扁球粒子槽道流中的湍流调制

我们研究在体积分数 $\phi = 10\%$ 的扁球粒子悬浮液中粒子形状对湍流的影响，并展示近壁粒子动力学如何随粒子长宽比深刻变化，以及这如何影响全局悬浮行为。湍流随扁球粒子的长宽比减小而降低，对于长宽比 $\mathcal{AR}\leq1/3$ 的粒子，相对于单相流出现减阻，此时雷诺切应力的显著减小超过了固相引起的附加应力的补偿。发现扁球粒子避开近壁区域，平行于壁面运动且角速度小，同时优先采样壁面区中的高速流体。长球粒子也倾向于平行壁面取向并避开其邻近区域。它们绕展向轴转动的惰性降低了流动的壁法向速度涨落，从而像扁球一样降低湍流雷诺应力；然而，它们在壁平行面内转动，因其相对扁球更大的角速度增加了附加固体应力。这些更大的附加应力补偿了湍流活动的减少，导致壁面阻力类似于单相流。另一方面，球体在壁面附近形成一层，具有展向大角速度，这除了对其他研究形状施加最大固体应力外，还增加了湍流活动。因此球形粒子相对于单相流增加了壁面阻力。