计算物理

作者：薛社生, 李守先

关键词：冲击波, 颗粒, 边界层, Saffman力

为揭示固壁表面颗粒的冲击波夹卷本质，模拟垂直于固壁表面的正冲击波后单个颗粒的上升运动。假定颗粒初始时刻处于气载状态（因波的反射或碰撞离开壁面），受Saffman升力、气动阻力和重力作用。模型方程为波后定常气流边界层方程和颗粒运动常微分方程，分别用单参数法和四阶龙格库塔法求解。计算颗粒速度与轨迹表明：颗粒的冲击波卷扬动力，源于边界层内强剪切流提供的Saffman力；在所考察的冲击波强度和颗粒尺寸范围内，颗粒的上升高度不依赖于冲击波强度；上升高度按颗粒尺寸变化，即尺寸越大，高度越大。比较分析单颗粒和颗粒层的结果，认为实验中颗粒云内大尺寸颗粒少的原因是由于这些颗粒不易从颗粒层中逸出。部分计算结果与实验结果较为符合，验证了所建模型与假设的合理性。

来源：2021年第3期

《计算物理》期刊编辑部

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