Physical mechanisms governing drag reduction in turbulent Taylor-Couette flow with finite-size deformable bubbles
通过将气泡注入湍流载流流体中而引起的减阻现象已经被人们知道很长时间了;然而，对支配控制参数和基本物理学还没有很好地理解。在本文中，我们使用三维数值模拟揭示的影响，变形的气泡注入湍流泰勒-库埃特流的总阻力经历的系统。我们考虑两种不同的雷诺数的载体流，即$Re_i=5\times 10^3$和$Re_i=2\times 10^4$ ;通过韦伯数的范围内变化的$We=0.01 - 2.0$的气泡的变形性进行控制。我们的数值模拟表明，增加气泡的变形能力，$We$导致减阻增加。我们看看不同的物理效应，有助于减阻和分析他们的个人贡献，增加气泡变形能力。局部角速度通量的分布表明，在气泡的存在下，湍流增强的内筒附近，而在本体和外筒附近衰减。我们连接的阻力减少的增加，减少耗散的高度变形的气泡附近的内圆筒的尾流。
2018-05-10 physics.flu-dyn
Salts promote or inhibit bubbly drag reduction in turbulent Taylor-Couette flows
本研究通过湍流Taylor-Couette流实验考察不同盐类对气泡减阻的影响，发现抑制气泡聚并的盐类会削弱减阻效果，而不抑制聚并的NaCH3COO反而增强减阻，并揭示气泡可变形性对有效减阻至关重要。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Bubbly drag reduction using a hydrophobic inner cylinder in Taylor-Couette turbulence
在这项研究中，我们实验研究了气泡减阻的高度湍流的水与分散的空气在$5.0 \times 10^{5} \leq \text{Re} \leq 1.7 \times 10^{6}$在非润湿表面含有微尺度粗糙度。为此，使用泰勒-库埃特几何，允许精确的全局阻力和局部流测量。涂有粗糙疏水材料的内圆柱体旋转，而光滑的外圆柱体保持静止。关键的控制参数是存在于工作流体中的空气体积分数$α$。对于小体积分数（$α< {4}\,\%$），我们观察到来自涂层的表面粗糙度增加阻力。对于大体积分数的空气（$α\geq 4\,\%$），与使用相同体积分数的空气的内圆柱体和外圆柱体均未涂覆（即，光滑且亲水）的情况相比，阻力减小。这表明存在两种相互竞争的机制：一方面，粗糙度引起原木层的延伸-导致阻力增加-另一方面，疏水表面与气泡液体相互作用存在减阻机制。这两种效果之间的平衡决定了是整体阻力减小还是阻力增强。对于进一步增加的气泡浓度$α= {6}\,\%$，我们发现一个饱和的减阻效果。我们的研究为疏水壁面湍流中气泡减阻的工业应用提供了指导。
2020-06-15 physics.flu-dyn
The influence of wall roughness on bubble drag reduction in Taylor-Couette turbulence
实验研究了湍流Taylor-Couette流中壁面粗糙度对气泡减阻的影响。两个同心的、独立旋转的圆柱体之间的流动。我们测量了有空气和无空气情况下系统的阻力，并通过在一个或两个圆柱上安装横向肋来增加粗糙度。对于光滑壁的情况下（无肋）和肋的情况下，内圆筒上只有，我们观察到强大的阻力减少$DR=33\%$和$DR=23\%$，分别为$α=6\%$的空隙率。然而，当肋安装在两个圆柱上或只安装在外圆柱上时，减阻效果很弱，小于$DR=11\%$，因此非常接近于减小有效密度的微不足道的效果。流动显示表明，在这两种情况下，即外圆柱上有肋的情况下，诱导了稳定的湍流泰勒涡-大尺度涡结构。这些强的二次流使气泡远离边界层，使气泡的作用比以前在光滑壁情况下观察到的要小。测量与反向旋转的光滑的圆柱体，一个政权，其中明显的泰勒辊也诱导，确认它确实是泰勒涡削弱气泡减阻机制。我们的研究结果表明，尽管气泡减阻确实对光滑壁有效，但其效果可能会被例如\生物污垢和无处不在的壁面粗糙度，因为粗糙度会引起强烈的二次流。
2018-04-08 physics.flu-dyn
Air cavities at the inner cylinder of turbulent Taylor-Couette flow
空泡，即在空化器后面形成的空气层，被认为是海洋工业中有前途的减阻方法。在这里，我们利用泰勒-库埃特（TC）的几何形状，即两个同心，独立旋转的圆柱体之间的流动，研究空气腔在这个封闭的设置，这是很容易获得的阻力测量和光流可视化的效果。我们表明，稳定的空气空腔可以形成，空腔的大小随雷诺数和空隙率的增加。由于作用在空气上的浮力，流向空腔长度强烈地取决于轴向位置。强烈的二次流，这是由一个反向旋转的外圆柱体，显然降低了空腔的稳定性，因为空气被捕获在泰勒辊，而不是在空腔。令人惊讶的是，我们观察到，局部空气注入是不必要的，以维持空气腔;只要空气存在于系统中，它被发现被捕获在空腔中。我们表明，阻力显着降低相比，没有空气的情况下，但与TC系统的空化器施加的几何修改。随着含气率的增加，系统的阻力减小。然而，空化器本身由于其流体动力学阻力（压力阻力）而显著增加阻力：事实上，与标准光滑壁TC情况相比，发现净阻力增加。因此，在获得净减阻之前，必须首先克服空化器产生的附加阻力。
2018-05-14 physics.flu-dyn
Characterizing the turbulent drag properties of rough surfaces with a Taylor--Couette setup
壁面粗糙度在有壁面限制的湍流中引起额外阻力。由于缺乏对蒙皮-摩擦阻力的精确和直接测量，将任何给定的粗糙几何形状映射到其流体动力学行为受到阻碍。Taylor-Couette（TC）系统提供了一个机会，因为它是一个封闭的系统，并允许直接和可靠地测量皮肤摩擦。然而，壁曲率潜在地使壁摩擦和壁粗糙度特性之间的连接复杂化。在这里，我们调查的影响，流体动力学充分粗糙表面上的高度湍流，内圆筒旋转，TC流。我们发现，流体动力学完全粗糙表面对TC湍流的影响，其中粗糙高度k比Obukhov曲率长度Lc小三个数量级（其表征曲率对湍流的影响，参见Berghout等人arXiv：2003.03294，2020）类似于完全粗糙表面对平板湍流边界层（BL）的影响。因此，表征粗糙表面的阻力特性的等效砂粒高度ks的值类似于在平板BL中的可比较砂纸表面所发现的值。接下来，我们得到的扭矩（皮肤摩擦阻力）的雷诺数的依赖性，为给定的壁面粗糙度，其特征在于ks，并发现与实验结果在5%以内的协议。我们的研究结果表明，在TC设施的全球扭矩测量是非常适合可靠地推断壁阻力性能的任何粗糙表面。
2020-09-14 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$的增加而减小。我们追溯到阻力减少的角动量携带泰勒卷的上升气泡的减弱。
2016-05-22 physics.flu-dyn
How do the finite-size particles modify the drag in Taylor-Couette turbulent flow
实验研究了Taylor-Couette（TC）湍流中具有不同长宽比的中性浮力有限尺寸颗粒对阻力的影响。当前雷诺数$Re$的范围为$6.5\times10^3$至$2.6\times10^4$，颗粒体积分数$Φ$最高为$10\%$。使用具有三种纵横比$λ$的颗粒：$λ=1/3$（扁）、$λ=1$（球形）和$λ=3$（扁长）。与气泡TC流的情况下，我们发现，悬浮的有限尺寸的颗粒增加TC系统的阻力，而不管它们的纵横比。此外，归一化摩擦系数$c_{f,Φ}/c_{f,Φ=0}$随$Re$的增加而减小，原因可能是在当前低体积分数下，湍流应力在较高的$Re$下变得占主导地位。随着$Re$的增加，颗粒在整个系统中的分布更加均匀，这是由于在较高的$Re$下，颗粒的湍流强度更大，有限尺寸效应更明显。此外，还发现颗粒长径比的变化导致不同的颗粒聚集效应。悬浮的球形颗粒倾向于聚集在壁面附近并形成颗粒层，显著地影响边界层并导致最大阻力修改。最小的阻力修改被发现在扁圆的情况下，其中的颗粒优先集群在散装区域，因此颗粒层是不存在的。基于光学测量结果，可以得出结论，在低体积分数范围内（这里是$Φ=0.5\%$和$Φ= 2\%$），较大的阻力修改与近壁颗粒聚集有关。目前的研究结果表明，颗粒形状起着显着的作用，在阻力修改。
2021-12-23 physics.flu-dyn
Role of settling inertial particles in modulating flow structures and drag in Taylor-Couette turbulence
本研究通过双向耦合欧拉-拉格朗日模拟，发现沉降颗粒对Taylor-Couette湍流阻力调制呈非单调影响，轻颗粒在最优弗劳德数下减阻最大，重颗粒在强沉降下增阻，机制涉及Taylor涡相干性抑制与颗粒诱导湍流主导的转变。
2025-05-26 physics.flu-dyn
Drag reduction study of naturally occurring oscillating axial flow induced by helical corrugated surface in Taylor Couette flow
本文研究了泰勒-库埃特流中螺旋波纹表面诱导的自然振荡轴向二次流的减阻特性，发现其幅值随雷诺数增长的趋势可抑制方位涡量，最大减阻达13%，且效果优于纵向波纹表面。
2023-05-30 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
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
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
Effect of axially varying sandpaper roughness on bubbly drag reduction in Taylor-Couette turbulence
实验研究了粗糙壁面和光滑壁面交替变化对气泡减阻的影响。我们在Twente湍流泰勒-库埃特设施的光滑内筒（IC）周围应用宽度为$s$的粗糙砂纸带（$48.4\,mm$和$148.5\,mm$之间）和粗糙度高度为$k = 695\,μm$。在砂纸带之间，IC在相似的宽度$s$上未被覆盖，导致粗糙和光滑带交替，在轴向方向上具有恒定的图案。我们测量的DR在水中，起源于引入气泡的流体（剪切）雷诺数$\textit{Re}_s$范围从$0.5 \times 10^6$到$1.8 \times 10^6$。将结果与具有完全光滑IC和完全覆盖有相同粗糙度$k$的砂纸的IC的气泡DR测量进行比较。外圆柱体保持光滑，适用于所有变化。结果还比较了气泡DR测量，其中光滑的外圆柱体以与光滑的IC相反的方向旋转。这种反向旋转诱导的二次流结构与IC由交替的粗糙和光滑带组成时观察到的结构非常相似。对于粗糙度的测量，发现气泡DR最初随着$\textit{Re}_s$而更强烈地增加，然后趋于平稳以达到不再取决于$\textit{Re}_s$的值。这归因于气泡的更均匀的轴向分布，这是由于与在相同$\textit{Re}_s$处的完全光滑壁上的流动相比，流动的湍流强度增加。可以看到气泡在流中的粗糙壁段处积聚。这里，局部地，阻力最大，因此气泡的减阻效果感觉最强。因此，一个更大的气泡DR的最大值被发现为交替粗糙和光滑的壁相比…
2020-08-03 physics.flu-dyn
Global drag reduction and local flow statistics in Taylor-Couette turbulence with dilute polymer additives
本文通过 Taylor-Couette 湍流实验研究稀聚合物减阻，发现 MDR 下减阻率仅约20%，原因是聚合物抑制湍流和近壁小尺度涡，却难以削弱主导输运的 Taylor 涡。
2024-12-05 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in liquid-liquid two-phase Taylor-Couette turbulence
本研究通过界面分辨直接数值模拟，探究不同属性液滴对两相Taylor-Couette湍流的调制机制，揭示了液滴黏度、密度对阻力及湍动能输运的不同影响规律，为两相流湍流调控提供新认知。
2024-09-11 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
Deformable ellipsoidal bubbles in Taylor-Couette flow with enhanced Euler-Lagrange tracking
在这项工作中，我们提出的数值模拟$10^5$亚Kolmogorov变形气泡分散在泰勒-库埃特流（壁有界剪切系统）旋转的内圆筒和外圆筒在休息。我们研究了两相系统中气泡的变形能力对载流流体引起的总阻力的影响。我们发现，在变形的气泡的结果在增强减阻由于一个更显着的积累附近的驱动内壁变形的气泡的增加。这种优先积累是由气泡在壁法线方向上的运动阻力增加引起的。增加的阻力与靠近壁的气泡的强烈变形有关，这使它们长形（沿一个轴拉伸）并沿流向定向。驱动壁附近气泡的浓度越大，意味着它们在削弱羽流喷射方面越有效，从而导致更强的减阻效果。这些模拟实际上是不可能的完全解决的技术是通过耦合的亚网格变形模型与双向耦合欧拉-拉格朗日跟踪分散在一个湍流领域，这是通过直接数值模拟解决亚Kolmogorov气泡。气泡被认为是椭圆形的形状和它们的变形是由一个演变方程，这取决于当地的流动条件和它们的表面张力。
2017-08-04 physics.flu-dyn
The importance of bubble deformability for strong drag reduction in bubbly turbulent Taylor-Couette flow
在雷诺数Re = 5 × 10^5 ~ 2 × 10^6范围内，采用静止外圆柱和平均气泡直径约为1 mm的气泡湍流Taylor-Couette（TC）流动，对整体和局部进行了研究。在0%~ 4%的范围内，我们测量了基于整体尺度扭矩作为整体气体体积分数a_global的函数的减阻（DR）。当Re = 5.1 x 10^5时，我们观察到高达7%的中等DR。当Re = 1.0 x 10^6和2.0 x 10^6时，DR明显更强，当Re = 2.0 x 10^6和a_global = 4%时，DR明显超过40%。为了揭示两个明显不同的制度，中度DR和强DR，我们调查的局部液体流动速度和局部气泡的统计，特别是径向气体浓度分布和气泡尺寸分布，为两种不同的情况;在中度DR区域中Re = 5.1 x 10^5，在强DR区域中Re = 1.0 x 10^6，两者均在a_global = 3 +/-0.5%。通过定义和测量局部气泡韦伯数（We）在TC间隙接近IC壁，我们观察到，从中度到强DR政权的交叉大致发生在We ~ 1的交叉。在Re = 1.0 x 10^6的强DR区域中，我们发现We > 1，当接近内壁时达到9（+7，-2）的值，这表明气泡在靠近内壁时会逐渐变形。在Re = 5.1 x 10^5的中等DR区域，我们发现We ~ 1，表明气泡更硬，即使平均气泡直径更大，即1.2（+0.7，-0.1…
2013-05-06 physics.flu-dyn
Substantial drag reduction in turbulent flow using liquid-infused surfaces
实验演示了如何液体注入表面可以显着减少泰勒-库埃特流的湍流阻力。测试液体是水，测试表面由尺寸为100 $μ$ m至800 $μ$ m的方形微观凹槽组成，填充有粘度为水的0.3至1.4倍的烷烃液体。我们实现了阻力减少超过35\%，四倍以上，比以前报道的液体注入表面在湍流。减阻水平随粘度比、槽宽、流体面积分数和雷诺数的增加而增加。利用$w^+ \approx 35$给出了最佳槽宽。
2017-06-29 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
Exact coherent states for grooved Couette flows
最近的进展表明，纳维-斯托克斯方程的高度对称循环解，如平衡和周期轨道，提供了一个骨架的状态空间中的湍流动力学。这些解中有许多已在平板壁平面库埃特流、槽道流和管流中找到。粗糙壁流动具有重要的实际意义，但这些流动没有已知的递归解。我们提出了一个数值同伦方法，继续解决方案，从平面壁Couette流（PCF）的槽PCF，在这里演示的雷诺数为400，作为一个起点，类似的延续粗糙壁流。槽PCF展向均匀性的损失减少了连续的解决方案的家庭（相同的平移位移）在平壁库埃特流多个，离散的家庭在槽库埃特流;这可以表现在湍流作为空间锚定的精确相干结构附近的壁，使湍流统计反映精确重现的解决方案的严格限制结构。此外，这些平衡的涡纹结构的特征被挤出的凹槽时，凹槽的波长是小于特征展向尺寸的结构。即使在考虑的低雷诺数下，这也会在壁面处产生减小的剪切应力，并且该机制与在某些安装有条纹的湍流中观察到的阻力减小一致。
2018-02-09 physics.flu-dyn
Destabilizing Taylor-Couette flow with suction
考虑了径向流体注入和抽吸对Taylor-Couette流动的影响。在外筒处的喷射和在内筒处的抽吸通常导致线性不稳定的稳定螺旋流，即使对于在没有径向通量的情况下线性稳定的圆柱形剪切也是如此。我们用能量稳定性方法研究了不稳定运动的非线性方面。我们的结果，虽然专业，可能有影响的阻力减少的吸力，吸积在天体物理盘，甚至在地球的极地涡旋流。
2010-03-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Friction dynamics of elasto-inertial turbulence in Taylor-Couette flow of viscoelastic fluids
在Taylor-Couette几何中研究了弹性惯性湍流的动力学特性。EIT是在不可忽略的惯性和粘弹性的基础上发展的混沌流动状态。直接流动可视化和扭矩测量的组合允许验证与纯惯性不稳定性（和惯性湍流）相比EIT的早期发生。本文首次讨论了具有惯性和弹性的伪Nusselt数的标度。摩擦系数，时间频谱和空间功率密度谱的变化突出了EIT在过渡到其完全发展的混沌状态之前经历了中间行为，该混沌状态需要高惯性和弹性。在此过渡期间，二次流对整体摩擦动力学的贡献是有限的。这对于在低阻力和低但有限的雷诺数下实现有效混合的目标是非常有意义的。
2023-01-05 physics.flu-dyn
Bubble drag reduction requires large bubbles
在船舶工业中，将气泡注入船体下的湍流边界层中被视为最有前途的降低总体燃料消耗的技术之一。然而，气泡减阻背后的确切机制是未知的。在这里，我们表明，气泡阻力减少湍流显着依赖于气泡的大小。通过将微小浓度（6ppm）的表面活性剂Triton X-100添加到包含气泡的另外完全不变的强烈湍流的Taylor-Couette流中，我们将阻力减小从超过40%显著地减小到约4%，对应于气泡对液体的密度和粘度的微不足道的影响。这一惊人行为的原因是，添加表面活性剂防止气泡聚结，导致气泡小得多。我们的研究结果表明，气泡变形是至关重要的气泡减阻在湍流，并打开了大门，优化的过程。
2016-06-21 physics.flu-dyn
Self-similar decay of high Reynolds number Taylor-Couette turbulence
本文研究了高雷诺数Taylor-Couette湍流的衰减，即两个同轴旋转圆柱间的湍流。为此，内圆筒的旋转（Re $_i=2 \times 10^6$，外圆筒处于静止状态）在12秒内停止，从而完全去除输入到系统的能量。使用激光多普勒风速仪和粒子图像测速测量的组合，可以捕获的动能的六个衰减十年。首先，在没有圆柱旋转的情况下，在衰减期间的流速不发展任何高度依赖性，与众所周知的泰勒涡状态相反。第二，径向轮廓的方位角速度被发现是自相似的。尽管如此，这种有壁边界的非均匀湍流的衰减并不像衰减的均匀各向同性湍流那样遵循严格的幂律，但是由于边界壁施加的强粘性阻力，衰减更快。我们从理论上描述的衰减在一个定量的方式，考虑在墙壁上的额外摩擦的影响。
2016-10-27 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
Heat transfer in laminar Couette flow laden with rigid spherical particles
我们研究了平面Couette流动中的传热与刚性球形颗粒负载通过直接数值模拟使用直接强制浸没边界方法来考虑分散相。采用流体体积法求解颗粒内外的温度场。我们专注于与颗粒雷诺数，总体积分数（颗粒数）和颗粒和流体的热扩散率之间的比率，量化的有效悬浮扩散率的传热的变化。我们表明，当惯性在颗粒尺度是可以忽略不计的，传热增加相对于空载的情况下，最近提出的经验相关性。此外，平均复合扩散系数可以用来预测的有效扩散系数的悬浮液的惯性政权时，改变分子扩散在两个阶段。然而，在有限的颗粒惯性，传热增加显着更大，饱和在更高的体积分数。通过相系综平均，我们确定了不同的机制，有助于总传热，并表明，在有限的惯性观察到的有效电导率的增加是由于增加的运输相关的流体和粒子的速度。我们还表明，在固相中的热传导减少时，增加颗粒雷诺数，使颗粒的低热扩散率弱改变悬浮液中的总热通量在有限的颗粒雷诺数。另一方面，较高的颗粒热扩散率显著增加总传热。
2016-11-07 physics.flu-dyn
Global energy budgets in turbulent Couette and Poiseuille flows
本文通过能量通量分析比较湍流库埃特流与泊肃叶流的流量产生性能，发现库埃特流效率较低但有效性更高，归因于其更强的层流分量和大尺度结构。
2021-06-28 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
Effect of surfactant concentration and interfacial slip on the flow past a viscous drop at low surface Péclet number
本文研究了在低表面Péclet数限制的任意非定常Stokes流中，当界面完全被表面活性剂的停滞层覆盖时粘性液滴的运动。还考虑了界面滑移系数对流场行为的影响。流体动力学问题是解决的螺线管分解法和阻力计算法克森的法律使用的扰动ananastrance在幂的表面Péclet数。液滴迁移速度的解析表达式也得到了幂的表面Péclet数。进一步的情况下，对应于一个给定的环境流均匀流，库埃特流，Poietille流进行了分析。此外，它被观察到，一个表面诱导的横向流迁移的液滴发生向中心线在Couette流和Poiffille流的情况下。计算了不同参数（如Péclet数、Marangoni数等）下拖曳力和迁移速度的变化。
2016-09-12 physics.flu-dyn
Controlling secondary flow in Taylor-Couette turbulence through spanwise-varying roughness
本文通过实验和数值模拟（直接数值模拟（DNS）和浸没边界法（IBM））研究了展向变粗糙度的高湍流Taylor-Couette流动，以确定展向变粗糙度的间距和轴向宽度$s$对总阻力和流动结构的影响。我们应用砂粒粗糙度，以交替的{粗糙和光滑}带的形式应用于内圆柱体。在数值上，泰勒数是$\mathcal{O}(10^9)$，粗糙度宽度在$0.47\leq \tilde{s}=s/d \leq 1.23$之间变化，其中$d$是间隙宽度。在实验上，我们探索了$\text{Ta}=\mathcal{O}(10^{12})$和$0.61\leq \tilde s \leq 3.74$。对于这两种方法，半径比固定为$η=r_i/r_o = 0.716$，其中$r_i$和$r_o$分别为内圆柱体和外圆柱体的半径。我们提出了如何全球的传输特性和局部流结构依赖于粗糙间距$\tilde{s}$设置的边界条件。无论是数值计算还是实验，我们都发现了一个最大的角动量输运函数的$\tilde s$。这可能是由于粗糙条纹的存在触发了大尺度结构的重新排列，从而导致相应的大尺度湍流涡旋。
2019-05-16 physics.flu-dyn
Rough wall turbulent Taylor-Couette flow: the effect of the rib height
在这项研究中，我们结合实验和直接的数值模拟研究的横向肋的高度在湍流泰勒-库埃特流的整体和局部流动特性的影响。我们通过在大范围的肋高度上将多达6个轴向障碍物连接到圆柱体表面来创建肋粗糙度，最多阻塞间隙宽度的25%。在渐近极限状态下，输运与粘性无关，我们发现$Nu_ω \propto Ta^{1/2}$标度的前因子（对应于阻力系数$C_f(Re)$为常数）与肋数$N_r$和肋高$h^{1.71}$成比例。这背后的物理机制是，对扭矩的主要贡献来自作用在肋上的压力，该压力与肋高度成比例。测量的$N_r h^{1.71}$比例关系略小于预期的$N_r h^2$比例关系，可能是因为肋骨不能被视为完全孤立，而是相互作用。在具有光滑壁的反向旋转区域中，湍流泰勒涡增加了动量输送。我们发现，也在横肋的存在下，这些涡持续存在。在反向旋转的制度，即使是大的粗糙度高度，动量传输增强这些涡。
2018-05-02 physics.flu-dyn
Toward a structural understanding of turbulent drag reduction: nonlinear coherent states in viscoelastic shear flows
非平凡的稳定流最近被发现，捕获的湍流缓冲层的主要结构。我们研究了在平面Couette流中聚合物的加入对这些“精确相干态”的影响。尽管ECS流的简单性，这些效果密切反映了实验观察到的：结构转移到更大的长度尺度，壁正常的波动被抑制，而流向的增强，阻力减少。阐明了这些影响的机制。这些结果表明，ECS是密切相关的缓冲层湍流。
2002-11-20 nlin.CD physics.flu-dyn
Prediction of drag components on rough surfaces using effective models
由于多尺度的性质和随之而来的高计算成本与粗糙表面上的流动模拟，有效的模型正在开发作为一种实用的手段来处理这种流动。现有的有效模型主要集中在准确预测界面速度使用滑动长度。此外，它们主要涉及平面界面，并不直接涉及阻力计算。在这项工作中，我们制定了极坐标系中的蒸腾阻力模型，并解决了计算粗糙表面上的阻力分量的挑战。像滑移长度，我们引入两个本构参数称为剪切和压力校正因子，包括有关如何将总阻力划分为粘性和压力分量的信息。这些非经验参数的计算不需要解决额外的微尺度问题，它们可以从用于滑移长度计算的相同微尺度问题获得。我们证明了所提出的参数的有效性，粗糙表面上的Couette流。此外，以粗糙圆柱绕流为例，通过将有效模型结果与几何分辨模拟结果进行比较，我们给出了预测界面速度和阻力分量的准确性。本文提出的数值模拟证明，我们可以准确地捕捉平面和圆形界面问题的粗糙表面上的粘性和压力阻力，通过使用建议的本构参数。
2022-06-18 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of Taylor--Couette turbulence: the effect of sand grain roughness
粗糙度研究的进展，映射任何给定的粗糙度几何形状，其流体动力学行为，一直受到阻碍，缺乏准确和直接的测量表面摩擦阻力，特别是在开放系统。泰勒-库埃特（TC）系统的好处是一个封闭的系统，但其潜力的特点是不规则的，现实的，3-D粗糙度尚未被深入考虑。在这里，我们提出了直接数值模拟（DNSs）的TC湍流与沙粒粗糙度安装在内缸。对Scotti提出的模型（\textit{Phys. Fluids}，vol.18，031701，2006）进行了改进，以模拟单分散砂粒的随机粗糙表面，其特征在于等效砂粒高度$k_s$。泰勒数的范围从$Ta = 1.0\times 10^7$（对应于$Re_τ= 82$）到$Ta = 1.0\times 10^9$（$Re_τ= 635$）。我们专注于过渡粗糙政权的粗糙度高度$k_s^+$的影响，通过模拟TC与粗糙表面，从$k_s^+=5$到$k_s^+ = 92$，其中上标“$+$”表示无量纲粘性单位。我们发现，对数层的下移，由于过渡粗糙的沙粒表现出显着相似的行为的Nikuradse（\textit{VDI-Forschungsheft} 361，1933年）的数据的沙粒粗糙度在管流中，无论泰勒数依赖常数的对数层。
2018-12-05 physics.flu-dyn
Primary and secondary motions in an annular plane Couette flow
本文通过轴对称直接数值模拟研究环形平面库埃特流的主次运动，验证模拟并分析三无量纲参数影响，发现其层流特性与湍流泰勒库埃特流相似，高雷诺数下呈渐近状态，可补充TC流用于两相流研究。
2025-02-12 physics.flu-dyn
Numerical study on turbulence modulation of finite-size particles in plane-Couette flow
利用颗粒解析直接数值模拟研究平面 Couette 流中有限尺寸类球形颗粒，揭示长径比通过额外应力改变阻力、能谱标度、颗粒聚集与取向机制。
2023-05-13 physics.flu-dyn
Inertial effects on the interphase drag force and rheology of dilute suspensions of buoyant droplets at low Reynolds number
IFP Energies Nouvelles（法国石油研究院）
本文研究了低雷诺数下稀释浮力液滴悬浮液中惯性效应对界面摩擦力和流变学的影响，发现有效应力与相对速度、速度方差及其空间梯度的二次项相关。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Flow transition of liquid-liquid two-phase Taylor-Couette flow with axial flow
本文通过甘油-水溶液与大豆油的两相 Taylor-Couette 可视化实验，基于 Re、We 和 St 揭示轴向流动下多级流态转变规律及稳定带状流形成机制。
2025-08-29 physics.flu-dyn
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
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
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
Modelling particle collisions in moderately dense curtain impacted by an incident shock wave
用欧拉-拉格朗日方法模拟了入射激波与中等密度粒子幕的相互作用。基于OpenFOAM的自定义求解器扩展了改进的阻力模型和碰撞模型，然后通过两个基准实验进行了验证。在这项工作中，参数研究进行考虑不同的颗粒尺寸，体积分数，和窗帘厚度。结果表明，颗粒粒径越小，体积分数越大，反射激波越强，透射激波越弱。并对幕前的不同膨胀阶段进行了详细的研究。注意粒子碰撞对幕演化行为的影响。根据我们的研究结果，对于单分散颗粒幕，碰撞对幕前行为的影响很小，即使当初始颗粒体积分数高达20%。这是由于在冲击波通过后穿过帘幕的正速度梯度，导致下游颗粒的运动比上游颗粒的运动更快，因此不会发生碰撞。对于双分散颗粒幕，不同粒径颗粒的碰撞效应在混合区变得重要。碰撞使小粒子减速，同时使大粒子加速，并导致速度散射。此外，增加双分散帘厚度导致多个碰撞力峰值，由于局部颗粒积聚，这是不同颗粒群延迟分离的结果。我们的研究结果表明，碰撞模型可能是不必要的预测幕前在单分散的颗粒，但在双分散的颗粒，碰撞效应是重要的，因此必须建模。
2022-12-09 physics.flu-dyn
Turbulence control in plane Couette flow using low-dimensional neural ODE-based models and deep reinforcement learning
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
湍流的高维性和复杂的动力学仍然是控制策略的发现和实施的障碍。深度强化学习（RL）是克服这些障碍的一种有希望的途径，但需要一个训练阶段，在这个阶段中，RL代理与流环境迭代交互以学习控制策略，当环境涉及缓慢的实验或大规模模拟时，这可能非常昂贵。我们使用一个我们称为“DManD-RL”（数据驱动流形动力学-RL）的框架来克服这一挑战，该框架生成了我们用于RL训练的系统的数据驱动低维模型。用这种方法，我们试图在一个直接的数值模拟（DNS）的湍流最小流单元的平面Couette流在Re=400使用两个狭缝射流在一个墙上的阻力最小化。我们得到，从DNS数据与$\mathcal{O}(10^5)$自由度，一个25维DManD模型的动力学相结合的自动编码器和神经常微分方程。使用这个模型作为环境，我们训练一个RL控制代理，产生了440倍的加速比训练的DNS，具有相同的控制性能。该代理学习的政策，分层84%的看不见的DNS测试轨迹在900个时间单位，显着优于经典的反对派控制（58%），尽管驱动权限受到更多的限制。该药剂通常通过一种违反直觉的策略来实现层化，该策略驱动两个低速条纹的形成，其展向波长太小而不能自我维持。当我们将观察限制在壁剪切速率时，该代理表现出相同的性能。
2023-01-28 cs.LG physics.flu-dyn
Finite volume simulations of particle-laden viscoelastic fluid flows: application to hydraulic fracture processes
精确求解复杂流体的液固两相间的耦合动量传递是水力压裂等多相输送过程中的一个基本问题。具体来说，我们需要表征的归一化平均流体颗粒力$\langle F \rangle$上的分散的固相的体积分数和复杂的流体基质的流变学的依赖性。在这里，我们使用直接数值模拟（DNS）研究蠕变流（$Re\ll 1$）的粘弹性流体通过静态随机阵列的单分散球形颗粒使用有限体积的Navier-Stokes/Cauchy动量求解器。数值研究由$N=150$不同的系统，其中归一化的平均流体-颗粒力$\langle F \rangle$作为分散固相的体积分数$ϕ$ $(0 < ϕ\leq 0.2)$和Weissenberg数$Wi$ $(0 \leq Wi \leq 4)$的函数获得。从这些预测闭合律$\langle F \rangle(Wi,ϕ)$的阻力推导出准线性Oldrophil-B粘弹性流体模型，平均而言，在$5.7\%$的DNS结果。此外，能够耦合欧拉和拉格朗日阶段的流动求解器的开发，它结合了连续相的粘弹性性质和封闭形式的阻力定律。使用该求解器模拟了两个案例研究，以评估新开发的用于处理具有代表水力压裂操作的$O(10^5-10^6)$刚性球体的含颗粒粘弹性流配置的方法的准确性和鲁棒性。
2021-12-20 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
Viscoelastic effect on steady wavy roll cells in wall-bounded shear flow
了解近壁减阻湍流流动的另一个步骤是检查层流背景下组织良好的流向涡中的流动。本文研究了Giesekus粘弹性流体在旋转平面Couette流动系统中的流动行为，该流动系统伴有稳态的滚动胞结构。通过将雷诺数和旋转数固定在提供稳定的波浪形滚动单元的值，即，一系列曲折的流向涡，Weissenberg数增加到2000（其中弛豫时间由壁速度和运动粘度归一化）。我们观察到，在粘弹性流动中，二次流（壁面法向和展向速度波动）被抑制，而流向分量被维持，并且波状滚转单元被调制成与流向无关的直滚转单元。在非湍流背景下，研究了平均剪切流、横摇单元引起的雷诺应力和粘弹性应力之间的动能输运。我们进一步讨论了调制机制及其与粘弹性壁湍流减阻现象的关系。
2019-09-10 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
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
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
Reduced particle settling speed in turbulence
我们研究了有限大小的刚性球体在持续均匀各向同性湍流（HIT）中的沉降，采用浸没边界法来考虑分散的固相。我们研究了不同伽利略数，Ga。伽利略数是浮力和粘性力之间的比率，并且在这里通过固体与流体的密度比而变化。重点是比流体稍重的颗粒。我们发现在HIT中，平均沉降速度小于静止流体中的沉降速度，特别是当静止流体中孤立球的终极速度与湍流速度脉动之比减小时，平均沉降速度比静止流体中孤立球的终端速度减小6%~ 60%.通过对液固相对运动的分析，发现随着密度比的减小，由于颗粒横向流速引起的垂向阻力增大，平均沉降速度逐渐减小。非定常效应对平均总阻力的贡献约为6%-10%。颗粒速度和加速度的概率密度函数表明，它们与湍流的特性密切相关。如果时间按（2a）/u'（其中2a是颗粒直径，u'是湍流速度均方根）缩放，则发现对于所有Ga，在沉降方向上的颗粒均方位移是相似的。
2016-11-28 physics.flu-dyn
A finite-size correction model for two-fluid Large-Eddy Simulation of particle-laden boundary layer flow
本文研究了双折射欧拉-欧拉两相流模型预测单分散有限尺寸固体颗粒在边界层流动中悬浮的能力。对于具有床摩擦速度的量级的沉降速度的比流体小的颗粒，双流体模型显著地低估了颗粒的湍流分散。假设有限尺寸效应是重要的，并提出了阻力定律的修正模型。该模型基于这样的假设，即大于颗粒直径的湍流尺度将有助于两相之间的分辨相对速度，而小于颗粒直径的涡流将具有两种效果：（i）它们将通过向阻力系数增加亚颗粒尺度的涡流粘度来减少颗粒响应时间，以及（ii）它们将有助于增加颗粒温度的产生。整合有限尺寸效应，使我们能够定量预测的浓度分布比流体颗粒没有任何调整参数。所提出的双流体模型的修改扩展了其适用范围，以处理具有属于湍流惯性范围的尺寸的颗粒，并允许我们设想在流动强迫条件方面的更复杂的应用，即片流、波驱动运输、浊流和/或流动几何形状，即波纹、沙丘、冲刷。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Wall-bounded flow over a realistically rough superhydrophobic surface
直接数值模拟（DNS）进行了两个有壁的流动配置：层流库埃特流在$Re=740$和湍流通道流在$Re_τ=180$，其中$τ$是在壁的剪切应力。顶壁是光滑的，底壁是由三维表面轮廓测量生成的真实粗糙的超疏水表面（SHS）。空气-水界面，这是假设是平坦的，使用体积的流体（VOF）的方法进行了模拟。研究了层流Couette流动与不同的界面高度$h$，以了解滑移和减阻（$DR$）的效果。在垂直于壁的方向上，表面粗糙度的存在被感觉到高达通道高度的$40\%$。在三个不同的区域观察到$DR$对$h$的非线性依赖性。DNS结果用于获得作为$h$的函数的气体分数$ϕ_g$的非线性曲线拟合，其中$ϕ_g$确定暴露于流的滑移面积的量。幂律线性回归拟合用于获得作为$ϕ_g$的函数的$b_{eff}$。对于湍流槽道流，流场的统计数据进行比较，以了解粗糙度和$h$的影响。两个界面高度，$h=h_{rms}$和$h=h_{max}$模拟研究其对流动的行为，其中$h_{rms}$和$h_{max}$分别是均方根和最大峰值的粗糙度高度的影响。结果表明，在空腔中存在的被困空气显着改变近壁流动物理。完全润湿粗糙度增加湍流强度的峰值，而界面的存在抑制它们。总的来说，界面和微凸体之间存在竞争效应，界面抑制湍流，而微凸体增强湍流。
2019-07-01 physics.flu-dyn
