可压缩均匀湍流中重粒子运动行为的先验研究

本研究以高精度可压缩均匀各向同性湍流直接数值模拟数据为基础,通过点粒子模型和单向耦合方式模拟了100万个重粒子在湍流中的运动.着重进行了两方面的研究,首先,通过使用不同滤波宽度的谱截断滤波器来获得大尺度流场,并研究了不同滤波尺度对粒子运动的影响;其次,设置了5种不同的粒子初速度,以研究粒子聚集性和运动学性质的演化.在研究粒子聚集性方面,使用了香农熵来描述粒子的瞬时聚集性,而稳态时的统计结果则通过概率密度分布函数来描述.研究结果表明,滤波尺度对不同Stokes数的粒子聚集效应产生不同的影响.具体而言,小尺度流动结构对低Stokes数的粒子聚集性有促进作用,而对高Stokes数的粒子聚集性则有抑制作用.此外,随着Stokes数的增加和截断波数的减小,粒子的速度和加速度的概率密度分布变得更为集中.另外,还发现颗粒的初始速度差异会在演化的初期产生明显影响,最终会趋于相同的统计定常状态.这一发现强调了湍流中粒子运动的复杂性和统计特性的重要性.