Impact of trailing wake drag on the statistical properties and dynamics of finite-sized particle in turbulence
本文用欧拉-拉格朗日模型研究了统计均匀各向同性湍流中有限尺寸中性浮力粒子的速度和加速度的统计特性。粒子的运动方程除了附加质量和定常Stokes阻力外,还考虑了非定常Stokes阻力(称为Basset-Boussinesq历史力)和基于Schiller-Naumann参数化的非Stokes阻力,以及有限尺寸的Faxen修正。我们关注在低泰勒-雷诺数Re_lambda ~ 31下的流动的情况,对于该情况,可用作参考的完全解析的数值数据是可用的(Homann & Bec 651 81-91 J. Fluid Mech.(2010))。值得注意的是,我们表明,虽然阻力总是对加速度统计的影响很小,他们的作用是重要的速度行为。我们还建议,作为其大小的函数的粒子速度方差的标度关系,这已被首次检测到在完全解决的模拟,并不源于背景湍流的惯性尺度特性,但它很可能是从产生的非斯托克斯分量的阻力后的粒子。此外,通过与完全解决的模拟比较,我们表明,Faxen校正的附加质量具有主导作用的粒子加速度统计,即使在惯性范围内的大小的粒子。
2010-08-17 physics.flu-dyn
Effect of Drag Force Modeling on the Flow of Electrostatically Charged Particles
在两相流的CFD模拟中,精确的拖曳力建模对于预测颗粒动力学至关重要。然而,缺乏一个普遍有效的公式,因为所有可用的阻力相关性已经建立了特定的流动情况。特别是,这些相关性还没有被评估的颗粒负载流受到静电力。本文报道了拖曳力模型对带电粒子流动的影响。为此,我们在开源CFD工具pafiX中实现了不同的阻力相关性。然后,我们进行了高分辨率的直接数值模拟(DNS)使用的欧拉-拉格朗日方法的颗粒负载通道流的摩擦雷诺数为180。模拟结果显示,精确的阻力相关性对近壁区的颗粒有很大影响,而对远离壁面的颗粒影响较小。由于它们的湍流漂移,颗粒靠近通道壁积聚。对于不带电的粒子,模拟结果表明,在近壁区域的颗粒浓度分布依赖于拖曳力的相关性大的偏差。因此,由附近的壁或其他颗粒对围绕颗粒的流动的扰动对其阻力是重要的。在静电力的驱动下,带电粒子在离壁面更近的地方聚集。与不带电的情况相反,当颗粒携带高电荷(在我们的情况下为一个飞库仑)时,我们发现阻力模型对颗粒浓度分布的影响很小。总之,对于调查的条件下,我们建议考虑附近的颗粒和墙壁上的阻力低或不带电的粒子的效果。
2023-02-07 physics.flu-dyn
Investigation of the force closure for Eulerian-Eulerian simulations: a validation study of nine gas-liquid flow cases
气液两相流可以用欧拉-欧拉(E-E)方法模拟。是否包括一个特定的动量界面交换力模型仍然是一个没有答案的问题。在这项工作中,我们的目标是寻求一个通用的数值设置的E-E方法,它可以提供称职的结果与不同的操作下的不同几何形状的工业泡状流。他们来自不同的行业,包括化学,核,生物加工和冶金工程。模拟由OpenFOAM求解器reactingTwoPhaseEulerFoam启动,其中E-E方法采用复杂的数值技术来实现,以确保稳定性。预测与实验数据进行了比较。结果发现,拖曳力和湍流弥散力的预测起着最重要的作用,并应包括所有的模拟。第一种方法考虑了双向耦合,第二种方法考虑了湍流效应,保证了E-E方程的适定性。为了解决壁面附近相分数的积累问题,特别是对于具有大纵横比的管流,应包括升力和壁面润滑力。在其他情况下,侧向力可以安全地忽略不计.所有的测试用例都是开源的,并可作为补充数据供任何人下载作为基线测试用例。
2019-10-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A stochastic model for the hydrodynamic force in Euler--Lagrange simulations of particle-laden flows
标准欧拉-拉格朗日(EL)方法通常采用仅表示作用在载有颗粒的悬浮液上的平均流体动力的阻力模型。因此,高阶阻力统计,所产生的邻居引起的流扰动,不占;与颗粒速度方差和分散的预测的影响。我们开发了一个力朗之万(FL)模型,把邻居引起的阻力波动作为一个随机力EL框架内。随机阻力遵循Ornstein-Uhlenbeck过程,并且需要闭合脉动水动力和阻力标准差的积分时间尺度。前者是封闭的,使用连续碰撞之间的平均自由时间,来自非均匀气体的动力学理论。对于后者,粒子分辨直接数值模拟(PR-DNS)的固定粒子组件被用来开发的相关性。随机EL框架指定未解决的阻力统计,导致正确的演变和维持粒子速度方差在很宽的范围内的雷诺数和固体体积分数相比,PR-DNS的自由发展的均匀悬浮液。相比之下,标准EL推断阻力统计数据的变化,在解决流,从而低估了均匀悬浮液中的增长和稳定的颗粒速度变化。从标准EL方法的速度统计被发现依赖于用于双向动量耦合的投影函数的带宽,而从随机EL方法获得的结果是不敏感的投影带宽。
2021-03-19 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann framework for multiphase flows by Eulerian-Eulerian Navier-Stokes equations
Politecnico di Torino(都灵理工大学);Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica(意大利国家计量研究所)
本文提出一种新的格子玻尔兹曼框架,用于求解欧拉-欧拉多相流方程,无需有限差分修正,可处理大密度比和真实阻力系数关系,为高性能计算和新型并行硬件模拟多相流提供新途径。
2025-01-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Particle settling in turbidity currents: concentration-gradient-driven biased sampling
Imperial College London(帝国理工学院);Toulouse INP–ENSEEIHT(图卢兹国立理工大学-ENSEEIHT)
通过双向耦合欧拉-拉格朗日直接数值模拟,发现颗粒位置处采样流体速度的向上偏差主导了有效沉降速度的降低,并建立了跨全水深的简单模型。
2026-10-20 physics.flu-dyn
Microbubbly drag reduction in Taylor-Couette flow in the wavy vortex regime
通过直接数值模拟的方法研究了微气泡对Taylor-Couette流动的影响。我们采用欧拉-拉格朗日方法与气-液力偶合器的基础上的点力近似。在对单个气泡的运动建模时,考虑了附加质量、阻力、升力和重力。我们发现,非常稀的悬浮液的小的不可变形的气泡(体积空隙率低于1%,零韦伯数和气泡雷诺数<10)诱导一个强大的统计稳定的阻力减少(高达20%)在所谓的波涡流区(Re = 600-2500)。归一化扭矩的雷诺数依赖性(所谓的扭矩减小比(TRR),其对应于阻力减小)与Murai等人(J.Phys.14,143(2005))最近进行的一系列实验测量一致。我们的分析表明,在这个政权的扭矩减少的物理机制是由于局部轴向力,引起的气泡上升,这是能够打破系统中的高耗散泰勒波涡。我们最终表明,在这个过程中,升力作用在气泡上是至关重要的。当忽略它时,气泡优先聚集在内筒附近,并且整体流动的修改效率较低。
2007-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Undisturbed velocity recovery with transient and weak inertia effects in volume-filtered simulations of particle-laden flows
本文提出一种新模型,用于估算含颗粒流体模拟中颗粒自诱导流动扰动,通过线性化体积过滤方程并考虑瞬态发展与有限 Reynolds 数惯性效应,实现了高精度的未扰动速度恢复。
2024-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Vorticity cascade and turbulent drag in wall-bounded flows: plane Poiseuille flow
本研究利用 $Re_τ=1000$ 湍流通道流模拟数据,揭示了由非线性平流和拉伸引起的展向涡量级联机制,发现逆梯度输运由脱壁薄饼状U型涡主导,顺梯度由附壁发夹D型涡主导,并探讨了附壁涡模型修正及减阻启示。
2023-09-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Physically consistent immersed boundary method: a framework for predicting hydrodynamic forces on particles with coarse meshes
本文提出一种物理一致的浸入边界方法(PC-IBM),通过体积过滤推导并兼容大涡模拟,在粗网格下准确预测颗粒流体动力,阻力偏差小于10%。
2024-06-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A new paradigm for computing hydrodynamic forces on particles in Euler-Lagrange point-particle simulations
本研究针对传统欧拉-拉格朗日点粒子模拟中水动力计算误差大的问题,提出基于体积过滤量的力关联框架,无需估计未受扰速度,可提升预测精度且成本较低,为复杂颗粒流高保真模拟奠基。
2025-05-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A robust high-resolution algorithm for quadrature-based moment methods applied to high-speed polydisperse multiphase flows
Purdue University(普渡大学);Iowa State University(爱荷华州立大学)
本文提出一种高分辨率欧拉方法,用于模拟高速多分散颗粒多相流,通过广义配方法求解质量矩方程,实现连续尺寸分布,验证了该方法在多相冲击管、粒子幕交互等实验中的有效性。
2026-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulence transport in moderately dense gas--particle compressible flows
本研究通过三维颗粒解析模拟平面激波通过静止固体颗粒悬浮物,分析了尾流诱导的伪湍流特性,并提出了在双流体模型中实现且与模拟高度吻合的PTKE双方程模型。
2025-04-03 physics.flu-dyn