Experimental Study of Coal Combustion in an Improved Spouting-cyclone Combustor

ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＣｏａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｎａｎＩｍｐｒｏｖｅｄＳｐｏｕｔｉｎｇ┐ｃｙｃｌｏｎｅＣｏｍｂｕｓｔｏｒ＊ＷａｎｇＸｉｌｉｎ（王希麟）,ＭａＺｈａｎｈｕａ（马占华）,ＷａｎｇＤｅｘｉｎ（王德新）,ＺｈｏｕＬｉｘｉｎ...     

Coherent Structure Visualization of Round Turbulent Jet

ＣｏｈｅｒｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＲｏｕｎｄＴｕｒｂｕｌｅｎｔＪｅｔ＊ＷａｎｇＸｉｌｉｎ（王希麟），ＧｕＨｏｎｇｘｉａ（古红霞），ＬｉｎＷｅｎｙｉ（林文漪）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ...     

展向和流向间距不同的粗糙元壁湍流ADV实验研究

为了揭示粗糙元对壁湍流的影响,采用声学Doppler流速仪(ADV)对布有展向或流向圆柱形粗糙元的壁湍流进行了实验测量。研究了不同Reynolds数下不同间距粗糙元对壁湍流流向平均速度和湍流度的影响。结果表明:在同一Reynolds数下,粗糙元展向间距为7倍直径时的壁湍流流向平均速度最小,湍流度最大。粗糙元流向布置的壁湍流流向平均速度随粗糙元间距的减小而减小,湍流度随粗糙元间距的减小而增大。相比流向粗糙元,展向粗糙元对湍流流动特性影响更大。研究结果对壁湍流流动控制和强化换热的工程应用具有指导意义。     

气粒并流向上流动中准静止颗粒团现象

为研究不同操作条件下气粒并流向上两相流动中颗粒团的特性,采用流动显示的方法对颗粒团的瞬态运动行为进行观察,采用图像灰度梯度法对颗粒团进行识别,根据颗粒团图像的面积计算颗粒团截面尺寸,采用互相关方法计算颗粒团瞬时速度,并根据相关系数的变化判断颗粒团变形和计算颗粒团生存时间。结果表明:在某种操作条件下,竖直窄槽道壁面附近会出现类似“沙丘”形状的大尺度准静止颗粒团;这种颗粒团的形状和尺寸能在较长时间内基本保持不变,其运动速度在零附近波动;准静止颗粒团的生存时间可达1~2 s,而其他类型颗粒团的生存时间不会超过0.25 s。     

Large Eddy Simulation of Particle-Laden Turbulent Flow over a Backward-Facing Step

Particle diffusion in large eddy structures with various Stokes number was analyzed numerically for the two-dimensional gas-particle turbulent flow over a backward-facing step. The continuous phase simulation was analyzed using the large eddy simulation (LES) method while the particle phase was analyzed by the Lagrangian method. The spatial and temporal results were used to analyze the evolution of the large eddy coherent structures and the vortex-particle interactions. The effect of the particle Stokes number on the instantaneous particle concentration distributions was also discussed. The simulations of the single-phase flow reproduced the character of the separation and reattachment flow and the essential features of the coherent structures. Numerous and complex vortex structures appeared at the high Reynolds number. Furthermore, the simulation shows that the Stokes number plays an important role in the particle dispersion and the instantaneous particle distribution. The continuous phase time-averaged results and the particle phase time-averaged results obtained from the LES analysis agree well with previous experimental data.     

隔板对燃烧室压力高频自激振荡的抑制作用

隔板在抑制液体火箭发动机高频燃烧不稳定性方面具有重要作用。该文研究隔板对液体火箭发动机中自激高频燃烧不稳定性的抑制作用机理。在初边值条件不施加任何激励的情况下,首先对无隔板的液氧/煤油模型发动机中的气液两相非稳态燃烧过程进行数值模拟,获得的燃烧室压力和流向平均速度与实验结果相符,并得到了燃烧室中的压力自激振荡。研究了隔板对这种压力自激振荡的抑制作用,并分析了压力波随时间的传递与演化过程。结果表明:无隔板燃烧室中发生了高频不稳定燃烧,频谱分析显示其具有1阶横向振型与2阶纵向振型;引入隔板后,燃烧室中的压力振荡减弱,且其横向振型消失,只有2阶纵向振型。结合燃烧室中压力波的传递和演化过程进行分析可知,压力自激振荡源主要出现在头部附近的区域,隔板的加入可以有效抑制压力波的横向传播,并提高激发不稳定燃烧所需的能量,从而抑制燃烧不稳定性的发生。     

获得空间发展槽道流动大涡模拟入口条件的最不稳定波方法

在空间发展流动的大涡模拟中,构造有效的入口扰动是关键。该文提出了利用Fourier分析获得流动最不稳定波的方法来确定入口扰动。结果表明,与同均方差的G auss分布扰动相比,最不稳定波扰动能够显著缩短流动的起涡距离。同时,要达到同样的起涡位置,G auss分布扰动的均方差是最不稳定扰动的350~500倍。可见,提出的最不稳定波入口扰动能够迅速诱发流动本身的K elv in-Helm holtz不稳定,从而提高模拟空间区域的有效性,减小计算量,节约计算时间。     

气固两相圆湍射流流动的大涡模拟

针对气固圆湍射流流动采用基于双向耦合的大涡模拟方法进行了模拟,研究了直径为105μm的颗粒的存在对圆湍射流的影响。单相流动的预报结果在射流形态以及时均速度和湍流强度等统计结果方面均与实验结果符合良好。两相流动的时均速度和湍流强度等统计结果与实验结果符合较好,与单相流动的模拟结果相比,105μm的颗粒加入流场后,由于其较快的响应特征起到了阻尼作用,从而降低了气相场的湍流强度。     

定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性

在双流体模型的框架下,对定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性进行了分析。给出了颗粒均匀分布的稳定性条件。研究了影响颗粒均匀分布状态稳定性的主控参数及颗粒均匀分布稳定的参数范围。讨论了颗粒碰撞恢复系数、颗粒初始体积分数对颗粒聚集的影响。发现随着颗粒Re的增加,系统将会由稳定状态转变为不稳定状态。在初始的颗粒体积分数小于0.015的情况下,系统对短波扰动是稳定的,对长波扰动是不稳定的。在颗粒初始体积分数高于0.015时,系统对短波扰动是不稳定的,对长波扰动则是稳定的。颗粒碰撞弹性恢复系数越小、颗粒初始体积分数越大,颗粒聚集现象越明显,只有在颗粒浓度小于0.0005的情况下,颗粒才不会出现聚集现象。     

入口扰动对圆湍射流流动大涡模拟预报的影响

运用大涡模拟方法分别对不加扰动和加扰动的圆湍射流流动进行了数值模拟,比较了两者在大尺度涡结构的演化过程以及时均速度和湍流强度等统计结果方面的预报差异,并与实验结果进行了对照。模拟结果表明,施加了入口扰动的模拟结果在物理真实性方面和统计结果的准确性方面均要明显优于未加扰动的模拟结果。分析了不加扰动和加扰动模拟的本质差异,指出准确预报实际圆湍射流流动应采用施加入口扰动的三维模拟。