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湍流边界层中不同实验条件下颗粒聚集实验

湍流边界层，颗粒两相流，颗粒优先聚集

我们研究了在中等摩擦雷诺数，低颗粒体积分数 (下湍流边界层中的颗粒优先聚集的现象。我们在空气中使用自然混合粒径沙粒（其平均粒径为），运用不同释放实验将沙粒释放在湍流边界层中，并采用粒子图像测速(PIV)技术测量边界层中流向和壁面法向的两相流动。本文主要设置了三种不同实验方式，主要考量了不同颗粒释放条件下，边界层内聚集颗粒的空间分布特征以及影响因素。在不可蚀床面上，边界层内沙粒会出现明显的聚集现象；而在可蚀床面上，靠近壁面的特定高度内，沙粒在空间呈随机分布状态，并未出现明显的聚集。出现这种现象，主要是由于近壁颗粒反弹以及壁面效应共同作用的结果。而在远离壁面时，由地表启动的颗粒都会出现明显的聚集效应，聚集程度的强弱随高度变化，这也体现了在大范围斯托克斯数中，优先聚集的多尺度性质。除此之外，在投沙实验中我们还发现，粒子倾向聚集在流体速度与重力方向一致的区域，外在表现为聚集粒子簇呈现垂向的条状，这也表明重力也是影响沙粒在湍流边界层中优先聚集的重要因素。