弹性惯性湍流的二维动力学及其在聚合物减阻中的作用
流体动力学
2018-02-07 v1
摘要
本研究的目的在于： 证明弹性惯性湍流 中弹性惯性不稳定性的二维性质； 识别这种二维不稳定性在三维 EIT 流动中的作用； 确立小弹性尺度在自持 EIT 机制中的作用。在二维和三维槽道中进行了 FENE-P 流体流动的直接数值模拟。雷诺数设定为 ，这对二维流动是亚临界的，但对三维流动已超过转捩。聚合物特性对应于典型的稀聚合物溶液，并考虑了两个中等 Weissenberg 数，。模拟结果表明，在二维亚临界流动中可以观察到持续湍流，证实了二维弹性惯性不稳定性的存在。在三维模拟中也观察到了相同类型的不稳定性，其中牛顿流体和弹性惯性湍流结构共存。根据 Wi 数的不同，其中一种结构可以占据主导并驱动流动。对于较大的 Wi 值，弹性惯性不稳定性倾向于压倒牛顿湍流。这一论断得到以下支持： 缺乏典型的牛顿近壁涡旋； 在考虑更大 Wi 数时，二维和三维流动之间存在强烈的相似性。通过在聚合物的双曲输运方程中引入全局人工扩散，研究了小弹性尺度的作用。研究结果表明，在系统中引入大的聚合物扩散会强烈阻尼对维持湍流至关重要的很大一部分弹性尺度，最终导致流动层流化。需要足够高的 Schmidt 数才能使自持湍流得以稳定。
引用
@article{arxiv.1710.01199,
title = {Two-dimensional dynamics of elasto-inertial turbulence and its role in polymer drag reduction},
author = {S. Sid and Y. Dubief and V. E. Terrapon},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.01199},
year = {2018}
}