过饱和蒸汽喷管流量系数的研究

本文在回顾了湿蒸汽喷管流量系数问题数十年发展过程的基础上,对以往许多学者的工作做了分析和评价,对他们的一些理论和计算方法提出了订正.作者根据过饱和理论和湿蒸汽两相流的基本原理,分析了影响湿蒸汽喷管流量系数的各种因素,在对各区域的流动进行简化的基础上,运用连续性方程推导了各区域流量系数的表达式,并整理绘制出能适合工程设计应用的曲线图.     

受损伴流湍流氢气射流火焰的直接数值模拟

采用直接数值模拟DNS的方法对受损伴流湍流氢气射流火焰进行了数值模拟, 采用16步的氢气燃烧详细化学反应机理, 冷的高速H₂/N₂燃料射流喷入热的低速伴随流, 伴随流由贫燃氢气预混火焰燃烧产生, 温度1045 K, 氧量较低. 化学反应源项由主程序在每一时间步长内动态调用CHEMKIN库函数获得. 计算采用消息传递MPI的并行计算方法, 采用12颗CPU在并行计算机上完成. 作为与实验对比的Faver平均结果由DNS瞬态结果做长时间的统计平均后获得. 火焰中涡结构的卷起以及发展过程均能很好地被捕捉, 可以观察到同旋向涡结构之间的相互吸引和反旋向涡结构之间的相互排斥过程, 伴随射流两侧涡结构彼此复杂的吸引、合并、挤压和撕裂过程, 湍流拟序结构由最初的轴对称模式开始向非对称模式演化. 流场中5.67 ms时刻瞬态的H, OH和H₂O分布, 表征了燃料射流自点燃过程中的详细火焰结构. 计算中获取的火焰抬升高度为9d ~ 11d, 与实验结果相吻合. 计算发现由OH和H粒子表征的火焰锋面中, 在火焰锋面转角位置, 燃烧过程得到强化, 可能与火焰面的拉伸以及较长的停留时间有关. 从湍流强度的分布曲线来看, 火焰的传播应该是从两侧向中心发展的. 这里的DNS结果可以作为今后发展更准确通用湍流燃烧模型的参考.     

质子交换膜燃料电池的三维数值分析

发展了一个用于研究包括流道在内的整个质子交换膜燃料电池的三维数学模型.模型同时考虑了流体流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递.通过求解传输方程组,并耦合电化学动力学方程,获得了电池内的流动、温度、反应物浓度等分布和电池的极化性能曲线.最后,比较了估算的极化性能与文献中的实验数据,结果表明两者较好地相符合.     

稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒扩散影响的LES／FDF模拟

本文基于颗粒扩散率这一参数，应用LES／FDF模型对稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒湍流扩散的影响进行了数值模拟研究．通过将使用LES／FDF模型得到的模拟结果与不使用LES／FDF模型得出的结果进行对比后，得出：对于小颗粒（小Stokes数颗粒），大涡结构是影响颗粒空间扩散的主要因素；但是对于中等粒径颗粒和大颗粒，亚网格尺度涡对于颗粒扩散率的影响与大涡处于同一数量级．亚网格尺度涡在大多数情况下会使颗粒扩散率增大，但有时也会降低颗粒扩散率．亚网格尺度下颗粒的扩散率不仅仅取决于亚网格尺度涡的强度和Stokes数，还与流场中的大尺度涡结构有关；对于各向同性湍流中的颗粒，在亚网格尺度涡的作用下，其扩散率随粒径增大而降低．     

气固两相湍流射流的直接数值模拟

采用直接数值模拟研究了Re=3000的气固两相二维湍流射流的流场特征.一阶平均量与实验值吻合得很好,Reynolds应力分布的峰值量级和曲线性态和实验数据是一致的.基于流场的结果,用单向耦合法研究了各种典型尺寸颗粒在流场中的扩散行为和浓度分布规律.其中,St=0.01的颗粒可视为示踪粒子;St=1的颗粒展现了有趣的扩散规律,即均匀散布在涡核外围;St=10为大尺寸颗粒.     

气固两相混合层卷起过程的直接数值模拟

在设定混合层卷起过程的流场初始条件下,应用拟谱方法和Lagrange方法对时间模式的两相湍流混合层进行了直接数值模拟,求解流场的瞬态涡量场和颗粒场,分析流场不同类型涡结构的拟序特征,定性研究不同大小的颗粒在混合层中受流场涡结构的影响,描述了不同Stokes数颗粒的扩散规律和浓度分布.     

采用内嵌边界方法模拟流体中颗粒运动的并行算法

提出了一种采用内嵌边界方法模拟流体中颗粒运动的并行算法．当计算区域分区并行时，该算法能够很好的处理颗粒穿过亚区域边界时颗粒与流体之间的耦合问题．模拟计算了两维颗粒在密闭方形区域中自由沉降问题来验证该方法的有效性．     

平面混合层相干结构的三维演化

应用拟谱方法对N-S方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场二次失稳后涡的配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层相干结构的演变特征.