Global and local statistics in turbulent emulsions
湍流乳状液是一种复杂的物理系统，其特征是小尺度液滴和大尺度流变学之间存在强烈的动力学耦合。通过使用一个专门设计的泰勒-库埃特（TC）剪切流系统，我们能够表征的湍流乳液的统计特性的油滴分散在乙醇-水连续溶液中，在油的体积分数高达40%。我们发现，液滴尺寸的依赖关系的雷诺数的流量在体积分数为1%，可以很好地描述Hinze的标准。液滴尺寸的分布被发现遵循对数正态分布，暗示在破碎过程作为可能的机制主导液滴形成。湍流乳状液的有效粘度随分散油相体积分数的增大而增大，随剪切强度的增大而减小。我们发现，有效粘度对剪切速率的依赖性可以描述的Herschel-Bulkley模型，与流动指数单调下降，随着增加的石油体积分数。这一发现表明，剪切稀化的程度系统地增加与分散相的体积分数。目前的研究结果有重要的意义，桥梁湍流和低雷诺数乳化液流的湍流乳化液流的知识。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Turbulent Heat Transfer Modulation in Micro-Dispersed Channel Flow
本文的目的是研究分散的微米尺寸的颗粒对湍流传热机制的影响，在有壁流动。当前研究的战略目标是建立一种方法来确定和设计新概念传热流体的尺寸，该传热流体的性质由基础流体的性质给出，该基础流体的性质由动态相互作用的、适当选择的、离散的微米和纳米颗粒的存在来调制。我们运行直接数值模拟（DNS）的流体动力学充分发展，热发展的湍流槽道流在剪切雷诺数Re=150和普朗特数Pr=3，我们跟踪两个大群的颗粒，其特征在于不同的惯性和热惯性。两个阶段的速度和温度统计的初步结果表明，相对于单相流，在壁的传热通量增加了约2%时，流动是充满了较小的颗粒，表现出相当持久的稳定性对非均匀分布和近壁浓度。当较大的颗粒分散到流动中时，观察到相反的趋势（轻微的传热通量降低）。这些结果与以前的实验结果是一致的，并在该领域目前的研究活动的框架进行了讨论。还概述了未来的发展。
2008-02-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulence drag modulation by dispersed droplets in Taylor-Couette flow: the effects of the dispersed phase viscosity
湍流中的分散相可以从几乎无粘流体变化到高粘性流体。通过改变分散液滴相的粘度，实验研究了分散液滴的变形能力对湍流乳状液整体输运量的影响。采用不同种类的硅油以产生范围为$0.53$至$8.02$的粘度比$ζ$。液滴体积分数$ϕ$在0 ~ 10%范围内变化，间距为2%。由归一化摩擦系数$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$量化的全局输运量显示出由于液滴的有限尺寸效应消失而对湍流强度的弱依赖性。有趣的事实是，随着$ζ$的增加，$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$首先增加，然后饱和到与刚性颗粒悬浮液相似的平台值。通过图像分析，从液滴变形性的角度解释了这种阻力变化，这是液滴破碎和聚结效应的原因。对液滴粒径分布的统计分析表明，随着$ζ$的增加，界面张力对液滴粒径的稳定作用逐渐增强，纯惯性破碎过程占主导地位。沿系统径向的液滴分布的测量显示出体积聚集效应，这可以归因于液滴的不可忽略的聚结效应。结果表明，随着$ζ$含量的增加，液滴聚结效应受到抑制，从而影响界面张力对总应力的贡献，并解释了所观察到的乳液流变性。
2022-10-10 physics.flu-dyn
The dynamics of fibers dispersed in viscoelastic turbulent flows
本研究通过双向耦合直接数值模拟，探究粘弹性湍流中聚合物弹性、纤维刚度与密度差对纤维拍动、曲率及对齐特性的影响，发现聚合物对中性浮力纤维作用更显著，惯性纤维几乎不受弹性影响。
2024-03-07 physics.flu-dyn
Deformation and orientation statistics of neutrally buoyant sub-Kolmogorov ellipsoidal droplets in turbulent Taylor-Couette flow
在许多工业和科学应用中，底层流动拓扑结构对分散在湍流中的亚柯尔莫哥洛夫液滴的形状和尺寸的影响是相当感兴趣的。在这项工作中，我们研究了亚Kolmogorov液滴分散到湍流泰勒-库埃特流的变形和取向统计。连同载体相的直接数值模拟（DNS）和分散液滴的拉格朗日跟踪，我们求解由Maffettone和Minale（\emph{J. Fluid Mech.} 78，227-241（1998））提出的现象学方程以跟踪近似$10^5$椭圆形液滴的形状演变和取向。通过改变液滴的毛细管数$Ca$和粘度比$\hat μ$，我们发现液滴的变形随着毛细管数$Ca$的增加而增加，并且这种效应在边界层区域更加明显。这表明，随着毛细管数的影响，也有一个很强的相关性之间的空间位置和程度的变形的液滴。无论毛细管数$Ca$，椭球的长轴往往与流向方向和拉伸应变率本征方向在边界层区域，而分布是高度各向同性的散装。当液滴和载液之间的粘度比增加时，我们发现不存在优先拉伸轴，这是由于旋转对拉伸和松弛的影响增加。因此，与低粘度比系统中的高度变形的扁长（雪茄状）液滴相比，高粘度比系统中的液滴较少变形和扁（盘状）。
2016-06-13 physics.flu-dyn
Sedimentation of finite-size spheres in quiescent and turbulent environments
分散固体相的沉降在应用和环境流动中广泛遇到，然而对于均匀各向同性湍流中有限尺寸颗粒的行为知之甚少。为了填补这一空白，我们进行直接数值模拟的沉降在静止和湍流环境中使用浸没边界法占分散的刚性球形颗粒。所考虑的固体体积分数为0.5 - 1%，而固体与流体的密度比为1.02。粒子半径被选择为大约6个Komlogorov长度尺度。结果表明，平均沉降速度是较低的，在一个已经湍流比在静止的流体。对于所研究的两种体积分数，相对于静止流体中的单个颗粒的减少约为12%和14%。粒子速度的概率密度函数在湍流中几乎是高斯分布的，而在静止流体中则显示出较大的正尾。这些尾巴与颗粒对在拖曳-亲吻-翻滚运动中的间歇性快速沉降有关。颗粒横向分散在湍流中更高，而令人惊讶的是，垂直分散由于在静止流体中观察到的高度间歇性行为而具有相当的量级。使用的平均相对速度的概念，我们估计的平均阻力系数的经验公式，并表明，非平稳的影响，有关的旋涡脱落，解释在湍流环境中的平均沉降速度的减少。
2015-11-18 physics.flu-dyn
Bubbly and Buoyant Particle-Laden Turbulent Flows
与层流相比，流体湍流通常与更强的阻力、更大的热传递和更有效的混合相关联。在许多自然和工业环境中，湍流液体流包含分散的气泡和轻颗粒的悬浮液。近年来，通过实验和高分辨率的直接数值模拟，人们对这类流动的行为和基本物理过程的理解得到了很大的关注。本文综述了我们目前对气泡和浮力颗粒载湍流的各种唯象方面的理解。我们首先讨论不同的动力学制度，包括交叉轨迹和尾流引起的振荡的上升粒子，和制度中的气泡和粒子优先积累附近的墙壁或内的旋涡结构。然后，我们解决如何某些典型的湍流，如均匀各向同性湍流，通道流，泰勒-库埃特湍流，热驱动湍流，这些分散的气泡和浮力颗粒的存在下修改。最后，我们列出了总结要点和未来的研究问题。
2020-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical study on the mechanism of drag modulation by dispersed drops in two-phase Taylor-Couette turbulence
本研究推导出表征两相Taylor-Couette湍流中角动量径向输运的守恒量，揭示了分散相密度比与黏度比的降低通过减弱平流和扩散输运来减阻，并与导致增阻的两相界面相竞争以实现阻力调制。
2024-02-19 physics.flu-dyn
Anisotropic mean flow enhancement and anomalous transport of finite-size spherical particles in turbulent flows
本研究通过调节悬浮液参数，发现固体颗粒在ABC湍流中沿准直线轨迹运动并增强平均流能量，使最大尺度趋于各向异性准二维状态。
2023-12-27 physics.flu-dyn
Mechanisms of drag reduction by semi-dilute inertial particles in turbulent channel flow
本文研究了在半稀释条件下分散的惯性颗粒在$\mathrm{Re}_τ= 180$湍流槽道流动中引起显着减阻的机理。我们考虑一系列四向耦合欧拉-拉格朗日模拟，其中在从$M=0.2$到1.0逐渐增加的质量负载下引入摩擦斯托克斯数为$\mathrm{St}^+ = 6$或30的颗粒。模拟结果表明，$\mathrm{St}^+ = 30$颗粒在$M=1.0$处引起的减阻率高达19.74%，而$\mathrm{St}^+ = 6$颗粒在$M=1.0$处引起的增阻率高达16.92%.为了揭示减阻或增阻的机制，我们研究了通道内的应力分布以及分散颗粒对近壁相干结构的影响。我们发现减阻颗粒的一个显著特征是形成极长的簇，称为绳。这些结构优先与低速条纹对齐，并有助于其稳定和抑制爆裂。尽管由于颗粒的额外的应力，调制的近壁相干结构导致更大的减少雷诺剪切应力和局部再层化的近壁流。在具有$\mathrm{St}^+ = 6$的增阻颗粒的情况下，还观察到雷诺剪切应力的降低，然而，这种降低不足以克服导致阻力增加的附加颗粒应力。
2023-03-28 physics.flu-dyn
Experimental study of velocity statistics in wall-bounded turbulent emulsions
本研究通过折射率匹配在Taylor-Couette湍流中测量高体积分数乳化液速度，发现液滴会抑制大尺度湍流并增加速度间歇性，在边界层显著增加整体阻力，为分散液滴调节湍流多尺度特性提供了实验见解。
2025-04-05 physics.flu-dyn
Drag reduction in numerical two-phase Taylor-Couette turbulence using an Euler-Lagrange approach
采用欧拉-拉格朗日方法模拟了两相湍流泰勒-库埃特（TC）流，以研究第二相分散到湍流载体相（此处气泡分散到水中）中的影响。载体相的动态使用直接数值模拟（DNS）在欧拉框架中计算，而气泡通过模拟有效阻力，升力，附加质量和作用于它们的浮力以拉格朗日方式跟踪。在分散相和载体相之间实现双向耦合，允许两相之间的动量交换，并研究分散相对载体相动力学的影响。TC装置的半径比固定为$η=0.833$，并且达到最大内圆柱雷诺数$Re_i=8000$。我们改变弗劳德数（$Fr$），这是分散相的向心力与重力加速度之比，并研究其对驱动TC系统所需的净扭矩的影响。对于两相TC系统，我们观察到阻力减小，即，与单相系统相比，驱动内圆筒所需的转矩较小。净减阻随着雷诺数$Re_i$的增加而减小，这与之前的实验结果一致（Murai等人，2005，2008）。阻力减小与弗劳德数密切相关：对于固定雷诺数，我们观察到$Fr < 1$比$ Fr > 1$具有更高的阻力减小。这种浮力效应在低$Re_i$系统中更为突出，并随着雷诺数$Re_i$的增加而减小。我们追溯到阻力减少的角动量携带泰勒卷的上升气泡的减弱。
2016-05-22 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of an evaporating turbulent diluted jet-spray at moderate Reynolds number
在喷射喷雾中分散的液滴的蒸发发生在几种工业应用和自然现象中。尽管相关的问题，一个令人满意的理解所涉及的机制仍然没有实现，因为广泛的湍流尺度和大量的液滴。在这种情况下，我们解决了DNS的湍流射流喷雾在相对较高的雷诺数，即Re= 10，000。我们专注于喷射Re对蒸发过程和液滴的优先分离的影响，在相应的条件下，在较低的雷诺数Re = 6，000下，将结果与DNS进行比较。在混合欧拉-拉格朗日框架中采用点液滴近似解决了这个问题。对气相和分散相进行了详细的统计分析。我们发现，液滴蒸发长度的增长作为整体Re从Re = 6,000增加到Re = 10,000保持其他条件不变。我们将这一结果归因于液滴的惯性和湍流气相动力学之间的复杂相互作用。特别是，在较高的Re，较慢的液滴传质是不能够符合更快的湍流波动的混合层，往往加快的过程。我们还发现了一个强烈的液滴聚团，这是起源于混合层中的干空气的卷吸和加强的小尺度聚团机制在远场区域。我们将展示如何集群创建一个强烈的异质液滴拉格朗日演化。所有这些方面都有助于总液滴蒸发速率的Re依赖性。最后，我们讨论的精度的d平方法，经常用于喷雾建模，目前的情况下。我们发现，使用这种法律的基础上的环境条件的液滴蒸发速率被高估。
2020-10-15 physics.flu-dyn
Turbulent convection in emulsions: the Rayleigh-Bénard configuration
本研究通过直接数值模拟探讨了三维多相Rayleigh-Bénard对流中的热量与湍流调制，发现调整分散相体积分数及粘度与热扩散率比可显著改变全局热传递效率及液滴尺寸分布的标度律。
2024-08-23 physics.flu-dyn
The effect of particle anisotropy on the modulation of turbulent flows
我们调查的调制湍流所造成的有限尺寸的分散颗粒的存在。钝（各向同性）球与细长（各向异性）纤维被认为是了解改变载体流的对象形状的影响。虽然在一个固定的质量分数-但不同的斯托克斯数-这两个对象提供了一个类似的体积效应，其特征是大规模的能量消耗，一个规模的能量转移的分析显示，整个光谱的变化是本质上不同的。对于钝体，经典的能量级联收缩，但在其扩展的能量含量和它的典型特征不变，而对于细长的，我们发现了一个替代的能量通量，这基本上是介导的流固耦合。
2022-10-04 physics.flu-dyn
Turbulence modulation by suspended finite-sized particles -- Towards physics-based multiphase subgrid modeling
针对分散相改变小尺度湍流但缺乏机制预测的问题，基于能量通量平衡提出理论模型预测各向同性湍流动能调制，并通过颗粒解析模拟与高保真实验验证了其在广泛参数范围内的有效性。
2023-11-22 physics.flu-dyn
Towards a Mechanical Analogy of a Quantum Particle: Turbulent Advection of a Fluid Discontinuity and Schroedinger Mechanics
本文考虑了湍流理想流体的不连续性。它被认为是分裂和分散，或在随机环境中传播，形成一种没有静水压力的气体。不连续性的两个等质量的碎片彼此无法区分。一种具有这种性质的气体，其行为必然象马德隆介质。
1999-04-17 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Kinetic theory based solutions for particle clustering in turbulent flows
本文基于动理论概率密度函数描述研究湍流中粒子聚集，通过动量守恒识别出两个常被忽视的质量通量贡献，并利用运动学模拟证明它们对正确预测粒子聚集机制至关重要。
2025-04-01 physics.flu-dyn
How interfacial tension enhances drag in turbulent Taylor-Couette flow with neutrally buoyant and equally viscous droplets
本文通过直接数值模拟研究Taylor-Couette湍流中中性浮力等黏液滴的阻力增强机制，揭示界面张力对液滴前端的作用阻碍连续相并促进低速条带形成，从而增加系统阻力。
2024-11-20 physics.flu-dyn
On the breakup frequency of bubbles and droplets in turbulence: a compilation and evaluation of experimental data
本研究针对湍流中气泡与液滴的破碎频率问题，汇编统一框架下的实验数据集以明确特征时间尺度及分散相物性影响，并指出数据不一致性与待解决问题。
2023-08-27 physics.flu-dyn
Droplet-turbulence interactions and quasi-equilibrium dynamics in turbulent emulsions
我们进行直接数值模拟（DNSs）的乳液在均匀，各向同性湍流使用赝势格子玻尔兹曼（PP-LB）方法。通过最小化液滴溶解和杂散电流来改进以前的文献，我们证明了PP-LB技术能够在某些参数区域进行长期稳定的模拟。改变分散相体积分数$ϕ$，我们表明，液滴破碎提取动能从较大的尺度，同时注入能量到较小的尺度，越来越高的$ϕ$，与Hinze规模划分的两种效果。发现液滴尺寸（$d$）分布遵循$d^{-10/3}$标度（Deane & Stokes 2002）。我们表明，需要保持分离的湍流迫使规模和域的大小，以防止形成大的连接区域的分散相。我们第一次发现，湍流乳状液演变成一个准平衡循环交替聚结和破碎为主的过程。在由动能$E_k$、拟能$ω^2$和液滴数密度$N_d$组成的状态空间中研究系统，发现它们的动力学行为类似于具有时滞的极限环。$E_k$演化中的极值表现在$ω^2$和$N_d$的演化中，分别具有$\sim0.3\mathcal{T}$和$\sim0.9\mathcal{T}$的延迟（其中$\mathcal{T}$为大涡时间尺度）。最后，我们还表明，在乳状液中的湍流的流动拓扑结构是显着不同的单相湍流比以前认为的。特别是，涡压缩和轴向应变机制成为液滴相，液滴界面的弹性行为的结果占主导地位。修订版和扩展版现已发表在流体力学杂志：https://doi.org/10.1017/jfm.2019.654
2019-10-03 physics.flu-dyn
Simulations of Particle-Laden Flows with Large Dispersed-Phase Size Disparities Using Scalable Parallel Adaptive Methods
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Université de Lille（里尔大学）；University of Twente（特温特大学）
本文提出了一种高度可扩展的并行自适应方法，用于模拟具有大分散相尺寸差异的多相流，通过耦合格子玻尔兹曼方法与浸没边界方法，在动态自适应八叉树网格上实现高效并行计算，验证了该方法在气泡-颗粒碰撞等多尺度问题中的准确性和鲁棒性。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Divergence of critical fluctuations on approaching catastrophic phase inversion in turbulent emulsions
本研究通过实验与数值模拟探究湍流乳液灾难性相转变机制，发现接近临界体积分数时全局扭矩涨落呈幂律发散，且与非均匀液滴结构相关，为该过程的定量描述提供依据。
2023-10-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Intermittency in turbulent emulsions
研究了两种不混溶的同密度流体乳状液中湍流的统计特性。我们计算的第一次之间的速度增量的条件是位于同一阶段或不同的阶段，并检查其概率密度函数（PDF）和相关的结构函数（SF）。这使我们能够证明，该接口的存在下，降低了偏度的PDF在低于Kolmogorov-Hinze规模的尺度，因此对耗散尺度，这是量化的三阶SF的能量通量的大小。对高阶流场的分析表明，多相湍流比单相湍流具有更强的间歇性。特别是，当地的标度指数的SF显示饱和度的Kolmogorov-Hinze规模和以下，这表明存在大的速度梯度的接口。有趣的是，经典的均匀各向同性湍流的统计方法时，显着增加分散相的粘度。
2023-01-04 physics.flu-dyn
Particle drift in turbulent flows: the influence of local structure and inhomogeneity
颗粒与湍流结构相互作用的方式，特别是在高涡度和应变率的区域中，已经在均匀湍流的模拟和具有周期性或持续性结构的简单流中进行了研究，例如分离流和混合层。已经报道了在重力和扩散下沉降的影响，并且沿着颗粒轨迹的底层颗粒速度场的发散性（可压缩性）已经被认为是量化这些特征的重要量。本文展示了如何将这些功能可以在一个正式的方式到一个双流体模型的分散颗粒相。特别是PDF方程的粒子速度和位置的随机过程的基础上，涉及到的粒子速度和局部压缩性沿粒子轨迹的统计，推导出以前。PDF方程引起的漂移和颗粒扩散系数，取决于这些量与当地的载体流速的相关性的贡献。关键词：湍流结构，颗粒弥散，漂移，PDF方法
2012-05-25 physics.flu-dyn
The Twente turbulent Taylor-Couette (T3C) facility: Strongly turbulent (multiphase) flow between two independently rotating cylinders
本文构造了一个新的湍流Taylor-Couette系统，它由两个独立旋转的圆柱体组成。圆柱体之间的间隙高度为0.927 m，内半径为0.200 m，外半径可变（从0.279 m到0.220 m）。内圆柱体和外圆柱体的最大角旋转速率分别为20 Hz和10 Hz，以水为工作流体时，雷诺数高达3.4 x 10^6。利用该泰勒-库埃特系统，参数空间（Re_i，Re_o，η）扩展到（2.0 x 10^6，{ \pm }1.4 x 10^6，0.716-0.909）。该系统配备了气泡喷射器，温度控制，皮肤摩擦阻力传感器，和几个本地传感器研究湍流单相和两相流。内圆筒测力传感器通过扭矩测量检测皮肤摩擦阻力。透明的丙烯酸外筒允许液体流动和分散相（气泡、颗粒、纤维等）的动力学。在间隙内部，使用专门的局部传感器和非侵入式光学成像技术进行研究。该系统允许在高雷诺数制度的泰勒-库埃特流的研究，和背后的皮肤摩擦阻力改变由于气泡注射，聚合物注射，和表面疏水性和粗糙度的机制。
2011-02-23 physics.flu-dyn
The effect of droplet coalescence on drag in turbulent channel flows
通过直接数值模拟，研究了液滴聚并对湍流壁面边界流动的影响。特别地，流体体积法和前沿跟踪法分别用于模拟包含聚结液滴和非聚结液滴的湍流槽道流动。我们发现，聚结液滴对阻力的影响可以忽略不计，而非聚结液滴随着分散相体积分数的增加而稳定地增加阻力：实际上，在10体积分数下，非聚结液滴显示出30%的阻力增加，而聚结液滴显示出小于4%的增加。我们解释了这一点，通过看在通道中的液滴的壁正常的位置，并表明，非聚结液滴进入粘性子层，产生的界面剪切应力，减少了预算的粘性应力在通道中。另一方面，聚结液滴向通道的主体迁移，形成大的聚集体，这几乎不影响粘性剪切应力，同时阻尼雷诺剪切应力。我们证明了这一点有关的平均粘性剪切应力集成在壁法线方向的中心线速度。
2021-07-19 physics.flu-dyn
On the fully coupled dynamics of flexible fibres dispersed in modulated turbulence
本文研究了中等雷诺数下有限尺寸、弹性和惯性纤维在均匀各向同性湍流中自由运动的力学行为。完全解决，直接数值模拟，基于有限差分离散化和浸没边界法，进行相互耦合的纤维和流体湍流的动力学，允许考虑的载体流的分散相的反作用。对悬架的特性进行了广泛的参数研究，即，纤维的线密度（从中性浮力到重纤维）、长度（从与耗散尺度相当的短纤维到与积分尺度相当的长纤维）和弯曲刚度（从高度柔性到几乎刚性的纤维）以及浓度（从稀悬浮液到非稀悬浮液）。结果表明，存在一个强大的湍流调制机制，主要是由悬浮液的质量分数控制（只有很小的影响的纤维的弯曲刚度），其特征在于详细通过尺度的尺度分析在傅立叶空间。尽管这种变化相对于单相的情况下，由于不可忽略的反作用，纤维的经验只有两种可能的拍打状态（以前确定在非常稀的条件下），而被运输和变形的流动。此外，我们表明，最大曲率服从不同的标度律，可以从纤维动力学方程。最后，我们探讨的优先浓度和排列的纤维内的流动，突出的惯性和弹性的特殊作用。
2022-05-19 physics.flu-dyn
An investigation of anisotropy in the bubbly turbulent flow via direct numerical simulations
本文通过界面解析DNS结合CLSVOF方法，研究通道内泡状湍流在不同气泡数量、流动方向和Eotvos数下的各向异性特征，揭示气泡近壁聚集或中心聚集对湍动能收支和雷诺应力平衡的影响机制。
2024-06-06 physics.flu-dyn
Drag reduction in turbulent channel flow laden with finite-size oblate spheroids
我们研究了不同的颗粒体积分数值的扁圆刚性颗粒在粘性流体中的悬浮液。直接数值模拟已经进行了使用直接强迫浸没边界法来考虑分散相，结合软球碰撞模型和润滑短程颗粒-颗粒和颗粒-壁相互作用的校正。相对于单相流，我们表明，在流中加载扁球体的阻力减少和湍流脉动衰减。特别是，湍流活动降低到较低的值比那些只占有效悬浮液粘度。为了解释所观察到的减阻，我们考虑的颗粒动力学和颗粒与湍流速度场的相互作用，并表明，颗粒壁层，以前观察到的，并发现负责增加耗散的悬浮液中的球体，消失的情况下，扁圆形颗粒。这些旋转明显慢于靠近壁面的球体，并且倾向于保持其主轴平行于壁面，这导致雷诺应力和湍流产生的减少，从而导致整体阻力降低。
2017-01-24 physics.flu-dyn
Local Measurements in a Particle Laden Jet Generated by a Convergent Nozzle
研究了含颗粒湍流射流的特性。对于速度和质量通量质谱仪，使用了PDA系统。测量连续相（空气）或分散相（玻璃球）;还测量单相流以进行比较。
2005-10-15 physics.flu-dyn
Description of clustering of inertial particles in turbulent flows via finite-time Lyapunov exponents
本文导出了非定常随机流中惯性质点在Stokes阻力作用下运动的渐近解。该解提供了有限时间李雅普诺夫指数作为斯托克斯数和拉格朗日应变和旋转速率自协方差的函数。这些指数的总和，这对应于一个浓度加权的粒子速度场的发散，被认为是聚类的措施。对于分散在各向同性湍流中的惯性颗粒，我们的分析预测在中间Stokes数处的最大聚类和在小和大Stokes数处的最小聚类。直接数值模拟进行定量验证我们的分析，显示两者之间的合理协议。
2016-06-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The effect of particle density in turbulent channel flow laden with finite size particles in semi-dilute conditions
我们研究了不同的质量和体积分数的刚性球分散在湍流通道流的悬浮液的效果。我们进行了几个直接数值模拟，使用浸没边界法改变固体与流体的密度比，质量分数和体积分数的有限尺寸的颗粒。我们发现，在1和10之间变化的密度比在恒定的体积分数不改变流量统计一样多，当改变体积分数在恒定和恒定的质量分数。有趣的是，当改变体积分数时发现的总阻力的增加显著高于在相同体积分数下增加密度比所获得的总阻力的增加。在密度比为10的顺序的主要影响是一个强大的剪切诱导迁移的通道的中心线。当密度比进一步增加到1000时，粒子动力学与流体动力学解耦。固相表现为致密气体，并且流体和固相统计数据急剧变化。在这种状态下，碰撞率很高，并由粒子之间的法向相对速度控制。
2016-04-27 physics.flu-dyn
Large Scale GPU Based Simulations of Turbulent Bubbly Flow in a Square Duct
本文给出了周期性垂直方管内气水两相湍流泡状流的数值研究结果。该研究是使用一种新的数值技术，利用流体体积法的接口捕获和夏普表面力的方法精确表示的表面张力力。在求解界面方程时，采用了三维几何构造法，保证了气液两相之间的绝对质量守恒和清晰界面。整个算法在多个图形处理单元（GPU）上以数据并行模式实现，利用了大量的可用内核。我们研究了一群球形气泡与向上的湍流共同流动的动力学，并与空载湍流的结果进行了比较。空载$Re_τ$的摩擦雷诺数为360，足以维持湍流。在平均流中，我们观察到了由湍流驱动的二次流，以及复杂的瞬时湍流涡结构。这些二次流与向上上升的气泡的相互作用是非常复杂的，并导致瞬时和时间平均流场的显着变化。给出了沿壁面、角平分线和壁面平分线的平均含气率分布、平均速度、纵向和横向湍流强度。观察到在壁附近的空隙率分布中的峰值，代表气泡向管道的优选部分的迁移。讨论了湍流驱动的二次流和瞬时大涡对气泡优先浓度的影响。分散的气泡打破了通常在空载湍流中观察到的细长湍流结构。
2022-12-24 physics.flu-dyn
The effect of polydispersity in a turbulent channel flow laden with finite-size particles
我们研究湍流通道流动的单分散和多分散悬浮液的有限尺寸的球体通过直接数值模拟，使用浸没边界法来考虑分散相。考虑具有3种不同的颗粒半径高斯分布的悬浮液（即3种不同的标准偏差）。分布集中在单分散悬浮液的参考颗粒半径上。在最极端的情况下，最大颗粒的半径是较小颗粒的4倍。我们考虑两种不同的固体体积分数，2%和10%。我们发现，对于所有的多分散的情况下，流体和颗粒的统计没有实质性的改变，相对于那些单分散的情况。平均流向流体和颗粒速度分布几乎完全重叠。稍大的差异被发现粒子速度波动。随着分布的标准偏差增加，这些值在靠近壁处增加，在靠近中心线处减少。因此，悬浮液的行为主要由排除的体积效应决定，而与粒径分布无关（至少对于本文研究的半径）。由于湍流混合，颗粒均匀地分布在通道上。然而，较小的颗粒可以更多地渗透到粘性和缓冲层中，并且其中的速度波动被改变。粒子对统计的非平凡结果。
2017-05-24 physics.flu-dyn
Dynamics of particle-laden turbulent Couette flow. Part1: Turbulence modulation by inertial particles
在载有颗粒的湍流中，对于高于$10^{-4}$的体积分数，载体流体相中的湍流受到分散颗粒相的影响，因此反向耦合或双向耦合在该体积分数范围内变得相关。在Muramulla $et.al.^1$最近的一项研究中，对于临界体积分数O（$10^{-3}$），在垂直的载有颗粒的湍流槽道流中观察到湍流强度的不连续降低。湍流强度的崩溃是湍流能量产生率灾难性下降的结果。从机理上讲，固液耦合在固粒湍流库埃特流中不同于在封闭槽道流中。本文通过双向耦合DNS研究了惯性颗粒对Couette流湍流的调制作用，其中颗粒体积分数（$ϕ$）从$1.75\times10^{-4}$变化到$1.05\times10^{-3}$，基于半通道宽度的雷诺数（$δ$）和基于壁面速度的雷诺数（$U$）（$Re_δ$）为$750$。粒子是重点粒子，具有基于流体积分时标的$St\sim367$，由$δ/U$表示。在超过临界体积分数$ϕ_{cr}\sim7.875\times10^{-4}$后，流体湍流强度、均方速度和雷诺应力均出现不连续的下降。湍流剪切产生的急剧减少和湍流动能的粘性耗散的减少是发生类似槽道流的不连续转捩的两个重要现象。逐步粒子注入和逐步去除的研究证实，这是粒子的存在，这主要是在这个不连续的过渡。
2022-04-01 physics.flu-dyn
Unsteady control of supersonic turbulent cavity flow based on resolvent analysis
我们使用预解式分析来确定一种非定常主动控制装置，以在马赫数为1.4、雷诺数为10，000的空腔深度的条件下，在长深比为6的矩形空腔上方的湍流超声速流中衰减压力波动。超声速空腔流的大涡模拟（LES）和动态模态分解（DMD）揭示了二维Rossiter模式II和IV的优势。这些主要的二维涡结构通过后缘撞击在空腔上方产生高振幅的不稳定性，并通过阻碍自由振荡产生斜激波。为了破坏涡结构的不希望的形成，我们引入三维非定常强迫沿空腔前缘产生流向涡结构。利用时均基流的预解式分析来确定强迫频率和展向波数的最佳组合。而不是选择最放大的预解强迫模式，我们寻求控制参数的组合，产生持续放大的主要预解为基础的动能分布在整个长度的腔。持续的放大对于确保所选择的强迫输入保持有效以防止大的展向涡的形成是至关重要的。这一基于解析分析的流动控制准则通过一系列可控空腔流的伴随大涡模拟得到验证。与基线空腔流相比，最优控制设置被验证为在沿后空腔壁和底部空腔壁将压力均方根水平降低至52%方面是最有效的。从预解式分析得出的本流量控制指南应适用于需要驱动输入在感兴趣的扩展区域上保持有效的流量。
2020-03-23 physics.flu-dyn
The importance of random galilean transformation invariance in modelling dispersed particle flows
本文利用随机伽利略变换不变性推导湍流气体中颗粒相空间概率输运方程，给出相空间弥散流的封闭表达式，并将其用于气冷核反应堆放射性气溶胶研究。
2023-04-22 physics.flu-dyn
A note on the consistency of Hybrid Eulerian/Lagrangian approach to multiphase flows
本文的目的是介绍和讨论的不一致性误差时，可能会出现欧拉和拉格朗日模型耦合的湍流多分散两相流的模拟。在这些混合模型中，实际上同时隐含地使用了两个湍流模型，尽管它们的公式明显不同，但检查它们是否一致是必要的。这个问题出现在特别是在非常小的颗粒，或示踪剂限制颗粒的情况下，它表明，耦合不一致的湍流模型（欧拉和拉格朗日）可能会导致非物理的结果，特别是二阶流体速度矩。这个问题说明了一些计算的流体颗粒在湍流槽道流使用几种耦合策略。
2009-12-10 physics.flu-dyn
Turbulent channel flow of dense suspensions of neutrally-buoyant spheres
稠密颗粒悬浮液在许多应用和环境流动中广泛遇到。虽然许多以前的研究调查他们的流变性能在层流，很少有人知道这些悬浮液的行为在湍流/惯性制度。本研究的目的是填补这一空白，通过调查的湍流的牛顿流体负载固体中性浮力球在相对较高的体积分数在一个平面通道。在体积分数Phi=0-0.2的范围内进行直接数值模拟，其中浸没边界法用于解释分散相。结果表明，固相的存在显著改变了平均速度分布，并使冯卡门常数按对数律减小。发现总阻力随着体积分数而增加，比仅仅考虑由于颗粒的存在而导致的系统粘度的增加所期望的要多。在最高体积分数Phi=0.2时，速度脉动强度和雷诺切应力减小。的平均动量平衡的分析表明，粒子引起的应力管理的动态在高披，是主要负责的整体阻力增加。因此，在密集的限制，我们发现减少的湍流活动和增长的颗粒诱导应力，后者占主导地位的雷诺数在这里考虑。
2015-10-14 physics.flu-dyn
Resolved and subgrid-scale crossing trajectory effects in Eulerian large eddy simulations of polydisperse droplet transport
采用大涡模拟（LES）方法研究了微浮力液滴在湍流射流中的弥散特性。液滴数密度场使用欧拉方法表示，其中分散相使用包括液滴上升速度的快速欧拉方法（Ferry & Balachandar 2001）建模。通过对不同粒径液滴的径向浓度分布和湍流浓度通量的分析，定量研究了颗粒与湍流涡之间的相对运动对湍流扩散的影响。对于更精细的LES网格分辨率，该模型捕获的差分，基于尺寸的分散特性的液滴的横向分散的较大的液滴尺寸被抑制，因为轨迹交叉效应明确解决LES。本文根据Csanady（1963）提出的大气颗粒湍流扩散理论，在修正Schmidt数的基础上，研究了一个适用于颗粒尺度径向浓度分布的相似解模型。结果与高分辨率LES数据进行了验证，并显示出良好的一致性。然后，大小相关的施密特数模型被重新制定为一个未解决的亚网格尺度的轨迹交叉效应的模型，并用于计算亚网格浓度通量在一个粗糙的LES的湍流射流，略有浮力的液滴在射流的自相似区域的中心线处注入。将结果与具有较高网格分辨率的模拟和具有恒定施密特数SGS模型的粗略模拟进行比较。我们发现，亚网格模型提高了粗糙LES的浓度廓线和湍流浓度通量的预测精度。
2022-01-21 physics.flu-dyn
Numerical investigation of the segregation of turbulent emulsions
本文采用直接数值模拟（DNS）和流体体积法（VOF）相结合的方法研究了衰减湍流中乳状液的分离。为此，我们在强迫均匀各向同性湍流中产生乳液，然后关闭强迫并激活重力加速度。这使我们能够研究在衰减湍流和重力下的分离过程。我们考虑非等密度乳液，其中分散相是较轻的一个。偏析过程由重相下沉所实现的势能的最小化以及聚结所实现的表面能的最小化驱动。为了详细研究这两个过程及其对偏析过程的影响，我们考虑了不同的浮力和表面张力系数，在我们的调查，产生五种不同的配置。表面张力系数也改变乳液的液滴尺寸分布。利用三维模拟结果和现场监测数据，详细分析了偏析的驱动机制及其对偏析过程的影响。我们提出了一个无量纲数，反映了能量释放主导的偏析。此外，我们评估了所需的时间为轻相的上升，并研究与不同的参数重力加速度和表面张力系数的相关性。
2022-09-29 physics.flu-dyn
Spatial Distribution of Inertial Particles in Turbulent Taylor-Couette Flow
本研究通过直接数值模拟和Voronoi分析，揭示了湍流泰勒-库埃特流中惯性粒子在不同斯托克斯数下的聚集与径向分布规律，明确了离心力、偏置采样和湍流泳的主导作用，为工业应用中的粒子控制提供理论依据。
2024-02-27 physics.flu-dyn
A comparative study of immersed boundary method and interpolated bounce-back scheme for no-slip boundary treatment in the lattice Boltzmann method: Part II, turbulent flows
在本研究的第一部分中，我们比较了两类无滑移边界处理的性能，即，在一系列的层流模拟中的格子玻尔兹曼方法内插反弹格式和浸没边界方法。在这第二部分中，这些边界处理在具有复杂几何形状的湍流的模拟中被进一步比较，以提供对这些方案的下一级评估。两个非平凡的湍流问题，充分发展的湍流管流在低雷诺数，和衰减的均匀各向同性湍流充满了大量的解决球形颗粒。本研究揭示的浸入边界法的主要问题是它无法计算扩散界面内的局部速度梯度，这可能会导致显着低估耗散率和粘性扩散局部附近的颗粒表面。另外，这两类无滑移边界处理能够提供准确的结果，为大多数的湍流统计在载体和分散相，提供足够的网格分辨率被使用。
2019-06-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Coupled population balance and large eddy simulation model for polydisperse droplet evolution in a turbulent round jet
采用粒子数平衡模型和大涡模拟（LES）相结合的方法，研究了油滴在湍流射流中的演化过程，并考虑了油滴破碎的影响。在模拟湍流多相射流中的二次破碎时，一个关键的未知数是在喷嘴出口附近的一次破碎区内产生的流入尺寸分布。为了简单起见，通常使用单分散注入流入条件，但这种选择通常是不现实的。为了提供更现实的入口条件LES，我们开发了一个一维（1D）的包裹模型来预测的演变的分散相沿射流中心线由于平流，径向湍流输送和液滴破碎的综合影响，由于湍流的区域更接近的喷嘴，不能使用粗LES解决。用远离喷管的实验数据对模型进行了验证。一维模型也被用来产生一个初始的尺寸分布，用于在一个粗分辨率LES的湍流射流。使用欧拉LES方法对离散化液滴尺寸分布的每个箱的数密度场进行建模，并对每个箱求解标量输运方程。LES的结果进行了比较，发表的实验数据，具有良好的一致性，我们研究的统计数据的速度场和浓度的多分散油滴羽流为两个液滴韦伯数。我们发现，浓度的中心线衰减率为不同的液滴尺寸的修改在破碎为主的区域。与雷诺平均方法不同，LES还允许我们量化由于湍流引起的尺寸分布变化。我们量化的径向和轴向分布和变化的关键量，如索特平均直径，总表面积和液滴破碎的时间尺度，并探讨其敏感性的韦伯数。
2020-11-11 physics.flu-dyn
Suspensions of finite-size neutrally-buoyant spheres in turbulent duct flow
本文研究了中性浮力球形颗粒稠密悬浮液的湍流方管流动。直接数值模拟（DNS）的体积分数范围内进行$ϕ=0-0.2$，使用浸没边界法（IBM）占分散相。根据水力直径，考虑雷诺数为$5600$。我们报告特定于这种几何形状的流动特征和颗粒统计，并将结果与二维通道流的情况进行比较。特别是，我们观察到，对于$ϕ=0.05$和$0.1$，颗粒优先积聚在角平分线上，靠近管道角，同样也观察到相同的管道-颗粒尺寸比的层流方形管道流。在最高体积分数下，颗粒优先聚集在核心区域中。对于通道流动，在没有横向限制的情况下，发现粒子在通道中均匀分布。我们还观察到，横流二次流的强度增加（相对于空载的情况下）的体积分数高达$ϕ=0.1$，作为沿角平分线的颗粒的高浓度的结果。对于$ϕ=0.2$，湍流活动大大降低，二次流强度降低到空载情况下的强度以下。在稀释条件下，摩擦雷诺数随着$ϕ$的增加而增加，正如在槽道流动中所观察到的那样。然而，对于$ϕ=0.2$，平均摩擦雷诺数降低到低于$ϕ=0.1$的值。
2017-11-13 physics.flu-dyn
Droplets in homogeneous shear turbulence
本文模拟了剪切雷诺数为15200的均匀剪切湍流中两种不可压缩不混溶流体的流动。两种流体的粘度和密度相等，在本研究中考虑了不同的表面张力和初始液滴直径。我们表明，两相流达到一个统计上稳定的湍流状态持续的非零平均湍流生产率由于平均剪切的存在。单相流相比，我们发现，所得到的稳态条件下表现出减少泰勒微尺度雷诺数由于分散相的存在下，作为一个水槽的湍流动能的载体流体。在稳态下，平均功率的表面张力是零和湍流的产生率与湍流耗散率是平衡的，其值大于在参考单相的情况下。界面通过在小尺度上引入能量来修改能谱，与单相情况的差异随着韦伯数的增加而减小。这是由于在域中的液滴的数量和总表面积随着韦伯数单调增加。这也反映在随韦伯数变化的液滴尺寸分布中，随着韦伯数的增加，分布的峰值移动到更小的尺寸。我们发现，Hinze估计的最大液滴尺寸，考虑在均匀各向同性湍流中的分裂，提供了一个很好的估计，尽管显着的聚结和平均剪切的存在下的行动。
2019-08-06 physics.flu-dyn
The dynamics of discrete particles in turbulent flows: open issues and current challenges in statistical modeling
本文综述湍流弥散两相流中离散颗粒的统计建模，指出经典动理学理论难以处理具有时空相关性的随机湍流介质，并从随机过程视角梳理现有模型、局限与未来方向。
2023-11-03 physics.flu-dyn
An accurate and efficient Lagrangian sub-grid model
引入了一个计算效率高的模型来计算分布在统计均匀和各向同性湍流中的示踪粒子的亚网格尺度速度。该模型嵌入了多尺度性质的湍流的时间和空间的相关性，这是必不可少的再现多粒子分散。它能够描述时间和空间相关的粒子云的拉格朗日扩散和色散。虽然该模型忽略了间歇性的修正，我们表明，对和四分之一的色散结果很好地比较统计各向同性和均匀$3D$湍流的直接数值模拟。这与最近的观察结果一致，即偏离自相似对色散统计量是罕见的事件。
2014-02-19 nlin.CD physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of particle clustering and turbulence modulation: an Eulerian approach
提出一种欧拉框架，结合低耗散格式与基于求积的矩方法，首次通过直接数值模拟有效解析了中等雷诺数槽道流中颗粒聚集与湍流调制现象。
2025-08-10 physics.flu-dyn
Effect of surfactant-laden droplets on turbulent flow topology
本文通过直接数值模拟结合相场法，研究含表面活性剂液滴群对湍流通道流拓扑结构的影响，揭示Marangoni力在界面处促进拉伸型流动并量化局部变化。
2023-09-25 physics.flu-dyn
Velocity and spatial distribution of inertial particles in a turbulent channel flow
我们目前的速度和空间分布的惯性颗粒分散在湍流向下流动通过一个垂直通道在$Re_τ = 235$和$335$的实验观察。工作流体是载有尺寸选定的玻璃微球的空气，其斯托克斯数$St = O(10)$和$O(100)$分别基于柯尔莫哥洛夫时间尺度和粘性时间尺度。考虑固体体积分数为$ϕ_v = 3{\times}10^{-6}$和$5{\times}10^{-5}$的情况。在更稀的制度，颗粒浓度分布显示近壁和中心线的最大值兼容的湍流强度的梯度下的turbophoretic漂移;的颗粒以类似的速度作为空载流量，除了在近壁区域旅行;和他们的速度波动一般遵循空载流量水平的通道核心，超过它在近壁区域。更密集的制度提出了实质性的差异，在所有测得的统计数据：近壁浓度峰值更明显，而中心线的最大值是不存在的，平均粒子速度下降的对数和缓冲层，和粒子速度波动和沉积速度增强。颗粒位置和速度的空间分布的分析揭示了密集的，细长的集群形成的核心，这往往是优先对齐的流向方向，和旅行速度比不太集中的颗粒。在近壁区，颗粒排列在高度细长的条纹与负流向速度波动，几个通道高度的长度和间隔的$O(100)$壁单元，支持这些被耦合到流体低速条纹典型的壁湍流的观点。粒子速度场包含一个显着的随机不相关运动的组成部分，更突出的高St和近壁区。
2019-04-12 physics.flu-dyn
Carrier-phase DNS of ignition and combustion of iron particles in a turbulent mixing layer
该研究通过三维载相DNS模拟湍流混合层中铁颗粒云的着火与燃烧，揭示了颗粒团簇形成区域的气温升高与耗氧特征，以及氧化过程从动力学限制向扩散限制的转变，并对比了铁粉尘火焰与含挥发分固体燃料火焰的差异。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Dynamics of an autocatalytic reaction front: effects of imposed turbulence and buoyancy-driven flows
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, IRPHE（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，中央马赛学院，IRPHE）
研究通过自催化反应揭示湍流中火焰前沿的动力学，发现湍流输运和密度差异对反应前沿传播有重要影响。
2026-03-06 physics.flu-dyn
