近日，流体力学权威期刊《Physical Review Fluids》在线发表了题为“Trapping of inertial particles in a two-dimensional unequal-strength counterrotating vortex pair flow”的研究论文。博士后赵子龙为论文的第一作者，中心郭志伟副教授为共同作者，中心主任钱忠东教授为论文的通讯作者，清华大学左志钢副研究员为共同通讯作者。
颗粒在湍流中的运动是工程和环境应用中的一个关键问题，其关系到河流中的泥沙沉积、降雨的形成及水力机械的磨损破坏等方面。在湍流中颗粒群的分布会呈现空间不均匀性，颗粒在特定局部区域会聚集(preferential accumulation) 。近年来已有研究指出，颗粒在湍流中的聚集行为归因于湍流中不同尺度的涡旋结构，旋涡会影响颗粒的运动，并导致颗粒滞留在特定区域。 本研究主要讨论了颗粒在常见的反向涡对中的运动。在势流理论假设的前提下，通过理论分析提出了反向涡对中控制颗粒运动的“颗粒吸引环”理论模型（见图1），颗粒吸引环S0能够吸引反向涡对中较弱旋涡V2核心区域（流线Smax包围区域）内的颗粒，最终形成颗粒聚集带。颗粒聚集带的形成本质上与惯性颗粒在流场中的不均匀扩散直接相关。即使在粘性情况下，在较弱旋涡的周围同样能够观察到颗粒聚集带（见图2），且颗粒聚集区域基本位于理论模型预测区域。
图1 反向涡对中的颗粒吸引环模型
图2 粘性情况-反向涡对中颗粒群运动
聚焦于中心研究主题“水力机械泥沙磨损问题”，该成果对于水力机械泥沙磨损机理及控制的研究有着重要意义，本研究得到国家自然科学基金（52279090、52076120）等项目资助。
论文信息：Zhao, Z. L., Guo, Z. W., Zuo, Z. G., & Qian, Z. D. (2024). Trapping of inertial particles in a two-dimensional unequal-strength counterrotating vortex pair flow. Physical Review Fluids, 9(2).
论文链接：DOI10.1103/PhysRevFluids.9.024307
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