Flow and solute transport through a periodic array of vertical cylinders in shallow water
Flow and solute transport through a periodic array of vertical cylinders in shallow water
复制标题
浅水中周期性排列的垂直圆柱体的流动和溶质输送
DOI：
10.1017/jfm.2014.484
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发表时间：
2014-09
影响因子：
3.7
通讯作者：
Chiang C. Mei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xiaoyu Guo;Benlong Wang;Chiang C. Mei
摘要提出了一种微力学理论，用于通过水平床上的周期性垂直圆柱阵列来预测电流中流动和色散的宏观性质。双尺度分析将数值任务简化为单元胞内两个典型边值问题的求解。利用对开放通道中阵列阻力系数的测量数据，计算了微尺度上宽雷诺数范围内间隙流动中的涡动粘度。在宏观尺度上，平均速度与表面梯度之间的关系以非线性达西定律的形式存在。然后用间隙速度推导了溶质浓度的宏观尺度对流扩散方程，同样是通过双尺度分析。计算了大范围流速和固体组分下的泰勒弥散率和总有效弥散率。指出了周期几何的特征。
Abstract A micro-mechanical theory is proposed for the prediction of macro-scale properties of flow and dispersion in a current through a periodic array of vertical cylinders standing on a horizontal bed. A two-scale analysis reduces the numerical task to the solution of two canonical boundary value problems in a unit cell. Using measured data on the drag coefficient measured for an array in open channels, the eddy viscosity in the interstitial flow on the micro-scale is calculated for a wide range of Reynolds numbers. The macro-scale relation between the mean velocity and the surface gradient is found in the form of a nonlinear Darcy’s law. The interstitial velocity is then used to derive the macro-scale convection diffusion equation for the solute concentration, also by a two-scale analysis. The Taylor dispersivity and the total effective diffusivity are computed for a wide range of flow rates and solid fractions. Features specific to the periodic geometry are pointed out.
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