涡核扩散法模拟漩涡合并下颗粒运动的螺旋轨迹特性

本文主要探讨了漩涡合并过程中颗粒运动的数值模拟，针对自然科学研究中的一个重要现象——流体动力学中的漩涡合并及其对流场和颗粒相运动的影响。作者黄海明和徐晓亮基于涡团分裂合并机制，利用一种改进的涡核扩散方法（CCSVM）来模拟二相流中漩涡的合并与演化。他们采用单颗粒轨道模型深入分析了这一过程，揭示了关键的发现。 首先，研究结果显示漩涡合并过程中颗粒的运动轨迹表现为螺旋线，且其旋转方向与漩涡相同。这意味着漩涡合并后，环状颗粒群的中心就位于合并后的漩涡中心，这是关于颗粒运动的动态特性。其次，合并时间与初始环量值、漩涡半径与涡心距离的比例等参数密切相关，这表明漩涡合并过程受到这些因素的显著影响。 特别地，当某些特定条件得到满足时，如黏度系数较大、颗粒与漩涡相对位置特殊或者合并漩涡环量存在不对称性，会观察到拉伸的尾迹形成。这种尾迹的出现揭示了漩涡合并过程中更为复杂的动力学行为，它并非简单的漩涡运动，而是包含着颗粒与流体的相互作用和能量转换。 涡方法在解决高雷诺数问题时具有优势，涡核扩散法虽然具有一定的局限性，但通过涡团分裂合并处理技术的改进，能够提高计算精度并保证算法的稳定性。作者引用了罗斯、谢尔斯和黄的研究，这些工作为涡团合并的数学理论和算法优化奠定了基础。 在颗粒在涡结构中的运动研究方面，黄远东和张会强等人的工作为两相流中的颗粒运动与分布提供了数值模拟案例，这进一步丰富了涡方法在实际问题中的应用。 本文通过数值模拟方法，深入解析了漩涡合并对颗粒运动的影响，为理解和预测复杂流体中颗粒的行为提供了新的见解和技术手段，对于相关领域的工程师和研究人员具有重要的参考价值。