Motion of asymmetric bodies in two-dimensional shear flow
Motion of asymmetric bodies in two-dimensional shear flow
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二维剪切流中不对称体的运动
DOI：
10.1017/jfm.2022.203
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Stone, Howard A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Roggeveen, James V.;Stone, Howard A.
在低雷诺数下，轴对称椭球体颗粒浸没在剪切流中经历周期性翻滚运动，称为杰弗里轨道，其轨道由初始取向确定。了解这种运动对于预测悬架的整体动态非常重要。虽然细长的纤维可能遵循杰弗里轨道，但自然界中许多这样的粒子既不直也不硬。最近的工作探索弯曲或弹性纤维的动力学发现了类似杰弗里的行为沿着与混乱的轨道，衰减轨道常数和跨流线漂移。大多数的工作集中在粒子与反射对称，我们反而考虑的行为的复合材料的非对称细长体制成的两个直杆，悬浮在二维剪切流，以了解形状的动态的影响。我们发现，对于某些几何形状的粒子不旋转，并经历持续漂移跨流线，其幅度是一致的与其他先前确定的形式的跨流线漂移。对于这类颗粒，这种几何形状驱动的横向流线运动在引起通道流中的分散方面可能是重要的，从而潜在地增强混合。
At low Reynolds numbers, axisymmetric ellipsoidal particles immersed in a shear flow undergo periodic tumbling motions known as Jeffery orbits, with the orbit determined by the initial orientation. Understanding this motion is important for predicting the overall dynamics of a suspension. While slender fibres may follow Jeffery orbits, many such particles in nature are neither straight nor rigid. Recent work exploring the dynamics of curved or elastic fibres have found Jeffery-like behaviour along with chaotic orbits, decaying orbital constants and cross-streamline drift. Most work focuses on particles with reflectional symmetry; we instead consider the behaviour of a composite asymmetric slender body made of two straight rods, suspended in a two-dimensional shear flow, to understand the effects of the shape on the dynamics. We find that for certain geometries the particle does not rotate and undergoes persistent drift across streamlines, the magnitude of which is consistent with other previously identified forms of cross-streamline drift. For this class of particles, such geometry-driven cross-streamline motion may be important in giving rise to dispersion in channel flows, thereby potentially enhancing mixing.
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B. ten Hagen;F. Kümmel;R. Wittkowski;D. Takagi;H. Löwen;C. Bechinger
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--
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