Нелокальный турбофорез и неупругий коллапс частиц в пристенной турбулентности

Показано, что в логарифмическом слое пристенного турбулентного потока со взвешенными инерционными частицами, характеризуемом постоянством напряжений Рейнольдса, пропорциональных квадрату скорости трения, наблюдается миграция частиц к стенке, направленная против градиента масштаба времени турбулентности.

Концентрация частиц в логарифмическом слое (слева) для разных значений коэффициента вос-становления: 0.02 (нижняя), 0.163, 0.3, 0.5, 0.8, 1 (верхняя), пунктирные линии – степенной закон Belan et al. (2016), и функция плотности вероятностей отрицательных скоростей частиц вблизи стенки (справа), линия – степенной закон Belan et al. (2016).

Профили концентрации и статистических моментов скорости частиц однозначно определяются коэффициентом восстановления и автомодельной координатой – расстоянием до стенки, деленным на время релаксации и скорость трения. Величина автомодельной координаты характеризует близость статистики скорости частиц к локально-равновесной, отклонение от которой растёт при уменьшении координаты. Вблизи стенки баллистический перенос частиц становится преобладающим, нарушая локальность турбулентного переноса частиц и приводя к появлению "тяжелых хвостов" функции плотности вероятности скорости частиц в пристенной области. При значениях коэффициента восстановления ниже критического значения перехода к неупругому коллапсу 0.163, функции плотности вероятности скорости частиц приобретает степенные "тяжелые хвосты", свидетельствующие об экстремальной перемежаемости скорости частиц. Концентрация частиц на стенке растет при уменьшении коэффициента восстановления и приближении его к критическому значению и расходится по степенному закону при значениях коэффициента восстановления ниже критического в режиме неупругого коллапса траекторий частиц.

ИТ СО РАН, к. ф.-м. н. Сиковский Д.Ф., тел.: 8(383)330-81-28.