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丹尼尔·鲁思。;马龙·弗内特;斯特凡·佩拉德;吕克·戴克

非线性阻力对湍流中气泡上升速度的影响。 （英语） Zbl 1502.76109号

J.流体力学。 924，论文编号A2，42页（2021）.
摘要：我们研究了液体中的湍流如何影响惯性范围内气泡的上升速度。在实验上，我们对通过湍流射流会聚产生的水湍流中上升的气泡进行了立体跟踪，并在整个测量体积内进行了粒子图像测速。我们使用空间变化、时间平均的平均水流速度场来考虑相对于平均水流的物理相关气泡滑移速度。在惯性范围内的气泡尺寸范围内，我们发现气泡平均上升速度（langle vz rangle）随着湍流强度的减小而减小，湍流强度以其平方根脉动速度（u’）为特征。通过静态上升速度（v_q）进行非量纲化，平均上升速度在高（Fr）时遵循（langle v_z rangle/v_q propto 1/Fr），其中（Fr=u’/\sqrt{dg}）是一个弗劳德数，用于比较湍流强度与气泡浮力，其中（d）是气泡直径，（g）是重力引起的加速度。我们通过对三维均匀各向同性湍流中经历非线性阻力的点气泡的Maxey-Riley方程进行数值积分来补充这些结果。这些模拟再现了实验观察到的减速，并表明滑移速度的平均大小与流速的大规模波动成正比。结合滑移速度量级的数值估计和一个简单的理论模型，我们表明标度（langle v_z\rangle/v_q\propto 1/Fr）来源于非线性阻力和大滑移速度（Fr）的几乎各向同性行为的组合，这大大降低了平均上升速度。

MSC公司：

76T10型 液气两相流，气泡流
76F05型 各向同性湍流；均匀湍流
76M99型 流体力学基本方法
76-05 流体力学相关问题的实验工作

关键词：

气泡浮力;麦克西·雷利方程;非线性阻力;时均平均水流速度场;均匀各向同性湍流;数值解;实验验证

软件：

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\textit{D.J.Ruth}等人，J.流体力学。924，论文编号A2，42页（2021；Zbl 1502.76109）
全文： 内政部

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