粒子劲度对流体中湍流调制的影响
流体动力学
2025-01-28 v1
摘要
通过进行四向耦合点粒子直接数值模拟，研究了粒子劲度对粒子劲度通道流中湍流调制的影响，质量负载固定为 ，摩擦斯托克斯数 变化范围为 到 。在 连续增加至 300 的过程中，实现了从阻力增强到阻力减弱再最终趋于单相流态的完整转变路径。首次推导了用于解释相互耦合的粒子相运输方程组，基于点基统计描述的颗粒湍流语境下。凭借这一方法，识别并量化了两个主要机制：一种是正的、粒子诱导的额外输运，随着 的单调增加而减小；另一种是负的、粒子诱导的额外耗散，随着 的变化呈非单调依赖。这种两种机制的耦合导致粒子相对剪切应力平衡、湍流动能和鲁棒应力预算的直接贡献。因此，随着粒子惯性的增加，近壁湍流的自维持循环从被增强转变为被抑制，最终恢复到单相状态。这产生了一种间接效应，表现为湍流剪切应力和湍流产生率的非单调修改。综上所述，分析并总结了粒子修改的湍流输运、粒子诱导的额外输运与耗散之间的综合相互作用，提供了一种由一致解释组成的整体物理图景。
引用
@article{arxiv.2501.15230,
title = {Turbulence modulation in particle-laden channel flow: the particle inertial effects},
author = {Zi-Mo Liao and Feng-Hui Lin and Luoqin Liu and Nan-Sheng Liu and Xi-Yun Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.15230},
year = {2025}
}