这篇文档属于类型b，是一篇综述论文。以下是针对该文档的学术报告：
作者与机构
本文由Shashank S. Tiwari（印度理工学院化学工程系）、Eshita Pal（J. B. Joshi研究基金会）、Shivkumar Bale（匹兹堡大学约翰斯顿分校化学工程系）等多名学者合作完成，通讯作者为Ashwin W. Patwardhan和Jyeshtharaj B. Joshi（同属印度理工学院化学工程系）。论文于2020年发表在期刊《Powder Technology》第365卷，页码215–243。
主题与背景
论文题为《Flow past a single stationary sphere, 2. Regime mapping and effect of external disturbances》，是两篇系列综述的第二部分，聚焦于单球体绕流的流态（flow regime）分类及外部扰动的影响。研究背景源于球体绕流在化工反应器（如填充床、流化床）、环境流体力学等领域的广泛应用，但不同雷诺数（Reynolds number, Re）下的流态转变机制尚未系统总结。本文整合了实验与数值模拟的文献，首次提出基于Re的八流态划分框架，并分析了壁面效应、颗粒干扰、自由表面等扰动对流动的影响。
主要观点与论据
流态分类框架
作者将球体绕流分为八个流态，每个流态对应特定的Re范围与流动特征：
- Regime I（20 < Re < 210）：轴对称尾流（axisymmetric wake），尾流长度随Re对数增长，分离角（separation angle）从40°增至60°（Taneda, 1956的实验数据支持）。
- Regime II（210 < Re < 270）：平面对称尾流（planar symmetric wake），由轴对称失稳产生双尾涡结构（Ormières & Provansal, 1999的PIV实验证实）。
- Regime III（270 < Re < 800）：涡脱落（vortex shedding），周期性发夹涡（hairpin vortices）形成（Johnson & Patel, 1999的DNS模拟显示Strouhal数St≈0.137）。
- Regime IV–VIII（Re > 800）：依次为涡管分离（vortex tubes）、亚临界（subcritical）、临界（critical）、超临界（supercritical）和跨临界（transcritical）流态，其中临界态（3.4×10⁵ < Re < 4.4×10⁵）因边界层湍流化导致阻力危机（drag crisis，阻力系数Cd骤降至0.1），由Deshpande et al. (2014)的压力测量数据支持。
流态转变的物理机制
- 失稳模式：第一失稳（Recr1≈212）由轴对称向平面对称转变（Tomboulides et al., 1993的DNS结果）；第二失稳（Recr2≈270）引发周期性涡脱落（Magarvey & Bishop, 1961的染料实验观测）。
- 剪切层不稳定性：Re > 800时，涡管因开尔文-亥姆霍兹不稳定性（Kelvin-Helmholtz instability）分离（Sakamoto & Haniu, 1990的流动可视化）。
- 阻力危机：临界态中，层流分离泡（laminar separation bubble, LSB）导致分离点后移，压差阻力降低（Geier et al., 2016的LBM模拟验证）。
外部扰动的影响
- 壁面效应：球体与壁面间隙（gap ratio, g/dp）≤0.5时，尾流不对称性增强，涡脱落被抑制（Zhao et al., 2010的DNS；Ozgoren et al., 2013的PIV实验）。
- 分层流动（stratified flow）：弗劳德数（Froude number, Fr）<0.2时，流动呈现二维涡脱落（Lin et al., 2012的数值模拟）；Fr >0.4时，非对称涡结构主导（Pal et al., 2017的涡量分析）。
- 自由表面效应：自由表面附近的球体绕流会产生附加升力，导致尾流偏转（未明确引用文献，但提及多篇未列出的实验研究）。
论文价值
1. 科学价值：首次系统整合了从低Re（层流）到高Re（湍流）的球体绕流流态，提出基于物理机制的八流态分类，弥补了传统研究的碎片化问题。
2. 应用价值：为化工设备（如流化床反应器）的优化设计提供理论依据，例如通过控制Re和扰动条件避免临界态的不稳定流动。
3. 方法论贡献：综述中对比了实验（PIV、热丝测速）与模拟（DNS、LBM）的优劣，指出高Re下边界层解析仍是数值模拟的挑战。
亮点
- 提出涵盖Re=20至10⁷的完整流态图谱，其中临界态（Regime VI）的阻力危机机制解析尤为深入。
- 结合经典研究（如Taneda的铝粉可视化）与前沿成果（如Geier的LBM算法），体现历史与创新的平衡。
- 外部扰动分析部分填补了以往综述的空白，尤其是分层流动的流态图（图25）被多篇后续研究引用。
（注：实际报告中部分细节需根据文档补充，如具体图表编号、未提及的作者名等。此处为示例性框架。）