Fluid–particle interaction in turbulent open channel flow with fully-resolved mobile beds
Fluid–particle interaction in turbulent open channel flow with fully-resolved mobile beds
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湍流明渠流中的流体颗粒与完全解析的移动床的相互作用
DOI：
10.1016/j.advwatres.2014.04.019
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发表时间：
2014
影响因子：
4.7
通讯作者：
J. Fröhlich
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
B. Vowinckel;T. Kempe;J. Fröhlich
本文介绍了直接数值模拟的明渠流充满球形颗粒在体雷诺数为2941。模拟了数千个移动的粒子在由六方有序的相同尺寸的非移动的粒子组成的粗糙床上的传输。浸没边界法用于粒子的数值表示。在每直径22个点的情况下，甚至在该雷诺数下也可以解决流动的粘性尺度。参考运行包含的固定颗粒和移动的颗粒一样多，其相对密度略高于初始运动的标称阈值。进一步的运行是在降低质量负载和降低Shields数的情况下进行的，同时模拟仅包含固定颗粒。定义的移动的沉积物的参数的变化产生了强烈的修改颗粒流体以及颗粒颗粒之间的相互作用，产生不同的结构在空间和时间。这是通过解决连续和分散相的适当的统计量来评估的。在较高雷诺数下，计算结果与实验结果定性一致。
The paper presents Direct Numerical Simulations of an open channel flow laden with spherical particles at a bulk Reynolds number of 2941. The transport of thousands of mobile particles is simulated propagating over a rough bed which consists of immobile particles of the same size in hexagonal ordering. An Immersed Boundary Method is used for the numerical representation of the particles. With 22 points per diameter even the viscous scales of the flow are resolved at this Reynolds number. The reference run contains just as many fixed as mobile particles with a relative density slightly above the nominal threshold of incipient motion. Further runs were conducted with decreased mass loading and decreased Shields number together with a simulation containing only immobile particles. The variation of the parameters defining the mobile sediment yields a strong modification of particle–fluid as well as particle–particle interactions yielding different structures in space and time. This is assessed by means of appropriate statistical quantities addressing the continuous and the disperse phase. The results are in qualitative agreement with experimental observations at higher Reynolds number.
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