Accelerated decay of a Lamb–Oseen vortex tube laden with inertial particles in Eulerian–Lagrangian simulations
Accelerated decay of a Lamb–Oseen vortex tube laden with inertial particles in Eulerian–Lagrangian simulations
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欧拉-拉格朗日模拟中充满惯性粒子的 Lamb-Oseen 涡流管的加速衰变
DOI：
10.1017/jfm.2022.50
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Kasbaoui, M. Houssem
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shuai, Shuai;Kasbaoui, M. Houssem
我们研究了惯性粒子对二维Lamb-Oseen涡的稳定性和衰变的影响。在没有粒子的情况下，这种流动的强稳定性使其对扰动具有弹性，从而涡度和涡度拟能以受粘性控制的缓慢速率衰减。使用欧拉-拉格朗日模拟，我们表明，半惰性粒子的分散加速的数量级的涡管的衰减。在这项工作中，质量负载是统一的，确保流体和颗粒相是紧密耦合的。改变颗粒惯性和涡流强度，以产生斯托克斯数0.1 - 0.4和循环雷诺数800 - 5000。优先浓度导致这些惯性粒子从涡核喷射，形成环形簇和向外膨胀的空泡。粒子的向外迁移导致涡度分布的平坦化，这增强了涡旋的衰减。后者是进一步加速小规模的集群，导致拟能增长，在单相二维涡的拟能的单调衰减相反。这些动力学展开的时间尺度是由优先浓度，是两个数量级低于粘性的时间尺度。粒子惯性的增加会导致涡流衰减得更快。研究表明，惯性粒子的注入可以为弹性涡管的控制和抑制提供一种有效的策略。
We investigate the effect of inertial particles on the stability and decay of a prototypical vortex tube, represented by a two-dimensional Lamb–Oseen vortex. In the absence of particles, the strong stability of this flow makes it resilient to perturbations, whereby vorticity and enstrophy decay at a slow rate controlled by viscosity. Using Eulerian–Lagrangian simulations, we show that the dispersion of semidilute inertial particles accelerates the decay of the vortex tube by orders of magnitude. In this work, mass loading is unity, ensuring that the fluid and particle phases are tightly coupled. Particle inertia and vortex strength are varied to yield Stokes numbers 0.1–0.4 and circulation Reynolds numbers 800–5000. Preferential concentration causes these inertial particles to be ejected from the vortex core forming a ring-shaped cluster and a void fraction bubble that expand outwards. The outward migration of the particles causes a flattening of the vorticity distribution, which enhances the decay of the vortex. The latter is further accelerated by small-scale clustering that causes enstrophy to grow, in contrast with the monotonic decay of enstrophy in single-phase two-dimensional vortices. These dynamics unfold on a time scale that is set by preferential concentration and is two orders of magnitude lower than the viscous time scale. Increasing particle inertia causes a faster decay of the vortex. This work shows that the injection of inertial particles could provide an effective strategy for the control and suppression of resilient vortex tubes.
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DOI：
--
发表时间：
2005
期刊：
影响因子：
--
作者：
J. Marshall
通讯作者：
J. Marshall
影响因子：
3.7
作者：
Frederick Paillet
通讯作者：
Frederick Paillet
影响因子：
1.8
作者：
Michael Wilkinson;Bernhard Mehlig
通讯作者：
Michael Wilkinson;Bernhard Mehlig
DOI：
10.1098/rspa.1975.0183
发表时间：
1975-11
期刊：
Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences
影响因子：
--
作者：
D. W. Moore;P. Saffman
通讯作者：
D. W. Moore;P. Saffman
涡对中的 Widnall 不稳定性
DOI：
--
发表时间：
2003
期刊：
影响因子：
--
作者：
D. Sipp;L. Jacquin
通讯作者：
L. Jacquin