基于剪切诱导扩散率重访垂向泥沙浓度分布:一种基于同伦分析法的显式级数解
流体动力学
2020-08-18 v1
摘要
本研究重新审视明渠流中悬移泥沙浓度的垂向分布,特别关注泥沙扩散系数。若认为湍流扩散率遵循抛物型剖面,则扩散系数在床面为零且近床面极小;因此单靠它或许不足以将颗粒从床载层扩散至悬移区。Leighton & Acrivos (J. Fluid Mech., vol. 181, 1987, pp. 415-439) 提出了由固体颗粒间流体动力相互作用引起的剪切诱导扩散思想。本文考虑引入剪切诱导扩散概念的 Hunt 扩散方程,重新研究垂向泥沙浓度剖面。利用一种非微扰方法即同伦分析法(HAM)导出解析解,并与数值解及已有实验数据对比验证。对剪切诱导扩散系数随垂向距离与颗粒直径变化的行为作了物理诠释。此外,结合相关实验数据集,考察了 Schmidt 数倒数、受阻沉降速度等重要湍流因素对浓度剖面的影响。
引用
@article{arxiv.2008.07137,
title = {Vertical sediment concentration distribution revisited with shear-induced diffusivity: An explicit series solution based on homotopy analysis method},
author = {Punit Jain and Manotosh Kumbhakar and Koeli Ghoshal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.07137},
year = {2020}
}
备注
25 pages, 24 figures