Μελέτη κίνησης αδρανειακών σωματιδίων σε ισότροπη τυρβώδη ροή ασυμπίεστου ρευστού

Abstract

H κίνηση αδρανειακών σωματιδίων μέσα σε ομογενές τυρβώδες πεδίο ροής ασυμπίεστου ρευστού αποτελεί ένα φυσικό φαινόμενο εξαιρετικής σημασίας για ένα πλήθος εφαρμογών προερχόμενων τόσο από την φύση όσο και την τεχνολογία. Παραδείγματα αποτελούν ο σχηματισμός νεφών, η δυναμική του πλανγκτόν και η βελτιστοποίηση της καύσης σε κινητήρες Diesel . Λόγω πεπερασμένης μάζας και μεγέθους, οι τροχιές των αδρανειακών σωματιδίων διαφέρουν σημαντικά από αυτές των σωματιδίων Lagrange , τα οποία είναι άμαζα και κινούνται πάντα εφαπτομενικά στο πεδίο ταχύτητας. Μια ομοιόμορφη κατανομή σωματιδιων Lagrange κινούμενων σε ασυμπίεστη ροή παραμένει για πάντα ομοιόμορφη, ενώ στην περίπτωση αδρανειακών σωματιδίων εμφανίζονται έντονες ανομοιογένειες. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως ομαδοποίηση και η κατανόησή είναι απαραίτητη για την επίλυση πολλών προβλημάτων, καθώς επηρεάζει άμεσα τον ρυθμό συγκρούσεων μεταξύ των σωματιδίων. Σε αντίθεση με τα σωματίδια Lagrange , τα αδρανειακά σωματίδια χαρακτηρίζονται από μη--συντηρητική δυναμική. Μετά από μια επισκόπηση της κίνησης ασυμπίεστου ρευστού, της μετάβασης σε τυρβώδη ροή και της θεωρίας ομογενούς τυρβώδους ροής, θα παρουσιάσουμε την πιθανοθεωρητική και ντετερμινιστική θεωρία της κίνησης αδρανειακών σωματιδίων.

The movement of inertial particles in homogeneous turbulent flow field incompressible fluid is a natural phenomenon of exceptional importance for a number of applications coming from both the nature as and technology. Examples are the formation of clouds, the plankton dynamics and the optimization of combustion engines Diesel. Because of finite mass and size, the orbits inertial particles differ significantly from those of particle Lagrange, which is massless and moving always tangent to the velocity field. A uniform distribution Lagrange particulate motion in incompressible flow remain uniform forever, and if inertial particles show strong discrepancies. This phenomenon is known as grouping and understanding needed to solve many problems as it directly affects the rate collisions between particles. Unlike particles Lagrange, inertial particles are characterized by non - conservative dynamics. After a review of traffic incompressible fluid, the transition to turbulent flow and the theory homogeneous turbulence, we present the probabilistic and deterministic theory of inertial motion of particles.