颗粒与壁湍流相互作用的数值模拟

本文给出了近中性密度固体颗粒对通道内湍流液体流动影响的数值研究结果。模拟了低体积分数（平均体积分数小于4×10）下耗散长度尺度范围内的颗粒与壁湍流的相互作用⁻⁴). 流体运动是通过伪谱方法直接求解Navier‐Stokes方程并解析所有运动尺度来计算的。通过流体和重力施加的力的作用，粒子在拉格朗日坐标系中移动。假设颗粒周围的流动是局部斯托克斯流动，通过计算颗粒引起的速度扰动，在每个时间步长反馈颗粒对流体运动的影响。不考虑颗粒间的相互作用。正如其他几项研究所报道的那样，在所考虑的尺寸范围内，比流体稍重的颗粒优先聚集在低速条纹中。还发现，小于耗散长度尺度的颗粒会降低湍流强度和雷诺应力，而稍大的颗粒会增加强度和应力。通过检查高阶湍流统计数据并对雷诺应力进行象限分析，发现喷射-扫掠循环主要受较小颗粒抑制扫掠和较大颗粒增强扫掠活动的影响。对这些发现对标量转移的影响进行了初步评估，因为转移率的提高是该主题整体工作的动机。对于所调查的案例，可以将计算结果与现有实验进行比较，并显示出良好的一致性。