球体在沿着旋转流体轴向平动时的流动：重新审视数值上Maxworthy的实验
摘要：刚性球在旋转介质中沿着大型圆柱容器轴向稳定移动引起的流动被计算了出来，在流体受到计划运动的约束下球也以同样的速率旋转。模拟涵盖了Maxworthy在实验中所探索的参数范围。我们描述了流动的显著特征，特别是形成在球体前后的Taylor柱的内部特征和惯性波纹，同时确定了球体上的阻力和力矩。发现力矩变化在快速和慢速旋转条件下分别符合两个明显不同的规律。通过检查控制体附近轴向涡度分布的主导平衡来预测相应的标度律。阻力的结果与Tanzosh和Stone在惯性无影响的情况下提出的半经验规律相符合。即使在惯性效应很大的情况下，只要旋转效应也足够大，这个规律仍然适用。结果显示，轴向约束会显著增加快速旋转配置的阻力，对于轴向约束影响变得可以忽略不计，容器长度必须大约是球体的一千倍。报道的模拟结果证实了这种约束效应是Maxworthy的实验结果与理论预测之间长期存在的差异的根源。
作者：Tristan Aur''egan, Thomas Bonometti, Jacques Magnaudet
论文ID：2302.02129
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-02