Particle response and turbulence modification in fully developed channel flow

湍流 物理 机械 斯托克斯数 粒子(生态学) 湍流动能 衰减 横截面 Kε湍流模型 质点速度 明渠流量 经典力学 光学 雷诺数 海洋学 结构工程 地质学 工程类
作者
Jonathan D. Kulick,John R. Fessler,John K. Eaton
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:277: 109-134 被引量:553
标识
DOI:10.1017/s0022112094002703
摘要

The interactions between small dense particles and fluid turbulence have been investigated in a downflow fully developed channel in air. Particle velocities of, and fluid velocities in the presence of, 50 μm glass, 90 μm glass and 70 μm copper spherical beads were measured by laser Doppler anemometry, at particle mass loadings up to 80%. These particles were smaller than the Kolmogorov lengthscale of the flow and could respond to some but not all of the scales of turbulent motion. Streamwise mean particle velocity profiles were flatter than the mean fluid velocity profile, which was unmodified by particle loading. Particle velocity fluctuation intensities were larger than the unladen-fluid turbulence intensity in the streamwise direction but were smaller in the transverse direction. Fluid turbulence was attenuated by the addition of particles; the degree of attenuation increased with particle Stokes number, particle mass loading and distance from the wall. Turbulence was more strongly attenuated in the transverse than in the streamwise direction, because the turbulence energy is at higher frequencies in the transverse direction. Streamwise turbulence attenuation displayed a range of preferred frequencies where attenuation was strongest.

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