惯性颗粒诱导的槽道湍流增减阻

【作者】 廖紫默； 林锋辉； 刘罗勤； 刘难生； 陆夕云；

【机构】 中国科学技术大学；

【摘要】 采用点颗粒模化小尺寸重颗粒,基于四向耦合方法直接数值模拟研究了湍流槽道流的统计特性。通过固定质量载荷(0.6)和平均雷诺数(5150),考察表征颗粒惯性的摩擦Stokes数(St=3～300)的影响。研究发现:随St数增大,流动经历了由增阻到减阻的流态转变,随后恢复至单相流情况。我们构建了一套全面的颗粒-湍流统计描述框架以系统研究相间耦合过程,藉此识别出了颗粒调制流动的两种直接机制:颗粒诱导的额外输运及额外耗散。这两者在各个层次上的竞争包括动量输运、动能交换以及湍流自维持导致了所发现的流态转变。受P.G. Saffman关于含尘流动稳定性的奠基性工作(J. Fluid Mech. 13 (1), 120-128)的启发,我们进一步推导了颗粒在极限条件(St数趋于0或无穷)下的渐近行为,从而阐明了各调制机制的St数依赖性。本文提出的分析框架与物理图像,为深入理解颗粒壁湍流提供了新的视角。更多还原