WikiEdge:ArXiv速遞/2025-04-14

摘要

• 原文標題：Incipient motion of a single particle on a regular substrate in an oscillatory flow
• 中文標題：規則基底上單顆粒在振盪流中的初始運動
• 發佈日期：2025-04-14 08:06:12+00:00
• 作者：Timo J. J. M. van Overveld, Marco Mazzuoli, Markus Uhlmann, Herman J. H. Clercx, Matias Duran-Matute
• 分類：physics.flu-dyn
• 原文連結：http://arxiv.org/abs/2504.09965v1

中文摘要：本研究採用力學方法探究並模擬了振盪邊界層中結構化基底上單顆粒的起動運動。通過確定性關聯作用於顆粒的力/力矩與瞬時環境流動，捕捉了流動非定常效應，揭示了豐富的顆粒動力學特徵。我們在振盪流隧道中開展的實驗室實驗，通過顆粒圖像測速技術獲取運動閾值處的流動條件，表徵了運動起始及初期階段特徵。實驗結果驗證並補充了顆粒解析直接數值模擬的結果——該模擬採用浸沒邊界法與包含靜摩擦接觸模型的離散元法相結合，提供了細緻機理。在參數空間研究範圍內，可動顆粒在基底上呈現純滾動（無滑動），表明運動起始由非平衡力矩而非作用力主導。實驗與數值結果均與解析力矩平衡模型高度吻合，該模型包含基於理論Stokes速度剖面建模的流體動力矩，以及升力、附加質量和外加壓力梯度貢獻。研究還識別出穩態條件下不存在的附加運動模態（特別是與顆粒慣性和流動反向時間相關的模態）。我們的確定性方法無需依賴閾值經驗估計即可預測顆粒起動的相位，只要流動無湍流且與其他可動顆粒相互作用可忽略，該方法可推廣至多種流動和基底條件。