Drag model of finite-sized particle in turbulent wall-bound flow over sediment bed

阻力 机械 湍流 阻力方程 阻力系数 物理 寄生阻力 粒子(生态学) 雷诺数 直接数值模拟 零升阻系数 经典力学 升力诱导阻力 地质学 阻力发散马赫数 海洋学
作者
P. Wang,Yinghaonan Lei,Zhengping Zhu,Xiaojing Zheng
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:964
标识
DOI:10.1017/jfm.2023.206
摘要

Drag force acting on a particle is vital for the accurate simulation of turbulent multiphase flows, but the robust drag model is still an open issue. Fully resolved direct numerical simulation (DNS) with an immersed boundary method is performed to investigate the drag force on saltating particles in wall turbulence over a sediment bed. Results show that, for saltating particles, the drag force along the particle trajectories cannot be estimated accurately by traditional drag models originally developed for an isolated particle that depends on the particle-wall separation distance or local volume fraction in addition to the particle Reynolds number. The errors between the models and DNS are especially clear during the descending phase of the particles. Through simple theoretical analysis and DNS data fitting, we present a corrected factor using the classical, particle Reynolds number dependent drag force model as the benchmark model. The new drag model, which takes the particle vertical velocity into account, can reasonably predict the mean drag force obtained by DNS along a particle trajectory.

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