物理学 > 流体动力学
[提交于 2015年7月24日
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标题: 雷诺数对各向同性湍流中惯性粒子动力学的影响。 第二部分:考虑重力效应的模拟
标题: The effect of Reynolds number on inertial particle dynamics in isotropic turbulence. Part II: Simulations with gravitational effects
摘要: 在本研究的第一部分中,我们使用直接数值模拟(DNS)分析了无重力作用下惯性粒子在各向同性湍流中的运动。 在此,第二部分中,我们引入重力,并研究其在广泛范围的流动雷诺数、弗劳德数和粒子斯托克斯数下的影响。 我们发现,重力使粒子更均匀地采样流动,并减少了粒子与底层湍流相互作用的时间。 我们还发现,重力倾向于增加惯性粒子的加速度,并提出一个模型来解释这一效应。 随后,我们分析了粒子的相对速度和径向分布函数(RDF),这些通常在低至中等科莫戈罗夫尺度斯托克斯数$St$时与雷诺数无关。 我们发现,重力导致粒子相对速度降低,且在有重力的情况下,相对速度具有更高的标度指数。 我们观察到,重力对聚类有非平凡的影响,在低$St$时减少聚类,在高$St$时增加聚类。 通过考虑重力对Zaichik & Alipchenkov(New J. Phys., 11:103018, 2009)理论中描述的聚类机制的影响,我们对此非平凡的重力效应提供了解释。 我们还表明,当在Zaichik & Alipchenkov的理论中考虑重力的影响时,结果与DNS相符。 在小分离距离下,相对速度和RDF表现出显著的各向异性,并使用球谐函数对其进行量化。 我们利用相对速度和RDF计算粒子碰撞核,发现碰撞核与无重力情况下的结果相同,即对于低至中等$St$,几乎与雷诺数无关。
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