多相瑞利-贝纳尔对流: 涡流湍流

本研究探讨了三维多相瑞利-贝纳尔对流中的热量和湍流调制，使用直接数值模拟。两种密度相同的不相容流经系统性变化的分散相体积分数$0.0 \leq \Upphi \leq 0.5$，以及动力粘度比$\lambda_{\mu}$和热扩散率比$\lambda_{\alpha}$在区间$[0.1-10]$内。瑞利数、普兰特数、韦伯数和弗鲁德数分别保持在$10^8$、$4$、$6000$和$1$。最初，当两种流体具有相同的属性时，在最高体积分数处观察到10%的努塞尔数增加。在这种情况下，尽管湍流动能减少，滴droplet增强了能量向更小尺度的传递，这些尺度小于单相流的尺度，促进局部混合。通过改变粘度比，在保持基于平均混合物性质的常数瑞利数的情况下，全球热传递在$\Upphi=0.2$且$\lambda_{\mu}=10$时增加约25%。这归因于较少粘度载体相中小尺度混合和湍流的增加。此外，具有更高热扩散率的分散相导致努塞尔数比单相流降低50%，由于更快的热传导和较少的droplet靠近墙面。该研究还讨论了滴droplet尺寸分布，确认了由破碎和凝聚主导的两种不同范围具有不同的标度定律。