22 / 2022-05-28 20:45:14

壁湍流中多尺度颗粒条带的形成机制

壁湍流,湍流颗粒两相流,颗粒条带

研究湍流中颗粒的运动行为对理解一些自然现象具有重要意义，比如沙尘暴中沙粒的输运过程[1]；河床中沉淀沙脊的形成机制[2]。在风沙流问题中，流动的特征摩擦雷诺数的量级能够达到10⁶及以上[3]。其中颗粒在各种尺度的湍流结构的作用下，可能会在近壁面形成细长而显著的颗粒条带。过去数十年，大量文献研究了壁湍流附近的颗粒聚集行为，研究发现壁湍流中的颗粒倾向于往壁面附近迁移，一些中等惯性的颗粒会在近壁面形成细长的条带状结构[4-5]。本文基于欧拉-拉格朗日点颗粒方法，开展了摩擦雷诺数为600至2000的含颗粒槽道湍流直接数值模拟，系统研究了近壁面颗粒聚集成条带的趋势，以及不同流动结构对条带形成的影响，并揭示了不同尺度颗粒条带的形成机制：较小惯性的St = 30 颗粒受近壁上抛、下扫事件影响倾向于在壁面附近形成小尺度的颗粒条带，而某些较大惯性的颗粒受外区大尺度的上抛、下扫事件以及大尺度涡旋作用倾向于在壁面附近形成大尺度颗粒条带（如图1所示）。