沉降何时对壁面有界湍流中颗粒浓度至关重要？

我们探究重力沉降在壁面有界湍流中对惯性颗粒浓度的作用。尽管可能认为当沉降参数 $Sv\equiv v_s/u_\tau$ 较小时（ $v_s$ 为斯托克斯沉降速度， $u_\tau$ 为流体摩擦速度）可忽略沉降，我们表明即便在此 regime 下沉降也可能对浓度剖面作出主导阶贡献。这是因为沉降的重要性不取决于 $v_s$ 相对于 $u_\tau$ 或任何其他流体速度尺度的大小，而取决于 $v_s$ 相对于控制垂直颗粒速度和浓度剖面的其他机制的大小。我们在颗粒平均动量方程背景下解释这一点，并表明一般而言，边界层内总存在一区域，无论 $Sv$ 多小（只要有限）都不能忽略沉降。直接数值模拟证实了这些论点，并表明近壁浓度高度依赖于 $Sv$，即便 $Sv\ll 1$，且当 $Sv$ 从 $O(10^{-4})$ 增至 $O(10^{-2})$ 时可降低一个数量级。结果还显示，当 $Sv=0$ 时惯性颗粒对边界层内喷射事件的优先采样随 $Sv$ 增大发生深刻改变，并被由优先扫掠机制 onset 导致的对扫掠事件的优先采样所取代。