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流体绕过钝体或者流经带有障碍的槽道时,常常伴随着涡的生成、脱落和运动。在变化的流场当中潜在着各种各样物理、化学乃至生物学上的变化,并主要以气泡、液滴和固体颗粒为输运对象。为了简化问题的复杂性,这里主要集中于讨论不变形的固体颗粒与旋涡的相互作用。
数值模拟计算平面尾流和槽道后台阶流场,利用4阶龙格库塔法直接积分粒子的运动方程,得到不同情况下粒子在流场中的运动轨迹。首先在定常卡门涡街流场,粒子在流场中随着粒子空心度(密度)的变化,轨迹呈现混沌和倍周期解。对引入JTZ模型进行拓展,得到圆柱绕流的非定常卡门涡街模型。在变化粒子密度和粒子尺度的情况下,粒子由刚开始逃离流场到聚集于涡线上,最后进入涡核内部随着涡不断向下游流动。最后利用涡量流函数法求解槽道后台阶流场。在流场中设置双台阶,改变台阶的高度,在黏性力和重力作用下,主流区内粒子会随流体一起向下游运动,靠近台阶附近的粒子会下沉依附于壁面,少数粒子也会卷入回流区发生回流。这些结论有利于认识粒子在漩涡中的分布规律。