湍流含气泡槽道流：可溶性表面活性剂与黏弹性的影响
流体动力学
2021-10-13 v2
摘要
我们进行了界面解析直接数值模拟，以考察可溶性表面活性剂和黏弹性对含气泡湍流槽道流结构的联合影响。不可压缩流动方程与 FENE-P 黏弹性模型以及控制界面和体相表面活性剂浓度的方程完全耦合求解。后一耦合通过非线性状态方程实现，该方程将表面张力与界面处的表面活性剂浓度关联起来。使用前沿追踪法求解双流体 Navier-Stokes 方程，并辅以高效的基于 FFT 的压力投影方法，从而允许对湍流进行大规模并行模拟。研究发现，在无表面活性剂情形下，气泡由于惯性升力向壁面移动，形成壁面层并导致流率显著下降。相反，足够高浓度的表面活性剂改变了气泡横向迁移方向，即受污染气泡向核心区移动并沿槽道分散。当考虑黏弹性时，黏弹性应力抵消马兰戈尼应力，促进含气泡壁面层的形成，并随之引起流率的强烈下降。联合情形下气泡壁面层的形成取决于惯性、弹性与马兰戈尼力之间的相互作用。
引用
@article{arxiv.2110.05425,
title = {Turbulent bubbly channel flows: Effects of soluble surfactant and viscoelasticity},
author = {Zaheer Ahmed and Daulet Izbassarov and Pedro Costa and Metin Muradoglu and Outi Tammisola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.05425},
year = {2021}
}