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研究进展ResearchAdvances

槽道湍流中的静止核心区对颗粒输运与聚集的影响


最近的实验和数值研究证明了湍流通道流中心存在静止核心 (QC)QC 区的特点是速度分布相对均匀,湍流水平较弱,在雷诺数 Reτ 范围为 1000 4000 时,占横截面的 40% 左右。 QC 区及其边界对输运和聚集的影响以前从未研究过惯性粒子。在这里,我们首先证明在 Reτ=180 QC 是无法识别的,然后在 Reτ=600 时对载有粒子的湍流通道流进行深入探索。惯性球表现出优先在 QC 内的高速区域积累的趋势,即与众所周知的近壁区域低速条纹的浓度相反。通过 Voronoï 体积和粒子数浓度量化的粒子壁正态分布在 QC 边界和涡流结构中突然变化,由于离心机制而表现为空隙区域。以局部强剪切层为特征的 QC 边界表现为屏障,阻碍惯性粒子的传输。尽管如此,QC 框架中的统计数据表明,QC 外部粒子的平均速度朝向核心,而 QC 内的粒子倾向于向壁迁移。这种向上和向下的粒子运动是由流体包裹的类似运动驱动的。目前的结果表明 QC 对惯性粒子的传输和积累产生重大影响,这在高雷诺数槽道流中具有实际意义。