ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАТУХАЮЩЕЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ПРИСУТСТВИИ СВОБОДНО ДВИЖУЩИХСЯ ПЛАВУЧИХ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ КОНЕЧНОГО РАЗМЕРА

Аннотация

В данной работе нами представлены результаты прямого численного моделирования затухающей изотропной однородной турбулентности нагруженной сферическими частицами конечного размера. Динамика жидкой фазы разрешается методом решётчатого Больцмана (LBM), совмещённой с интерполированной схемой отражения (IBB) для задания граничных условий прилипания на поверхностях движущихся частиц. Точность метода подтверждается на тестовых задачах, включая эксперимент по оседанию сферы и при сравнении с результатами псевдоспектрального метода для однофазной турбулентности. Расчёты выполнены при начальных числах Рейнольдса по масштабу Тейлора в диапазоне Re_λ=20-45 при объёмной доле частиц 2.5\%. Результаты показывают, что частицы конечного размера усиливают мелкомасштабные структуры течения и ускоряют затухание турбулентной кинетической энергии по сравнению с однофазным случаем. Анализ энергетических спектров выявляет перераспределение энергии от больших к малым масштабам. Эти результаты предоставляют новые сведения о механизмах модуляции турбулентности в потоках с частицами и демонстрируют применимость LBM для полностью разрешённых исследований взаимодействия частицы–турбулентность.