基于格子Boltzmann方程的大涡模拟对湍流时空关联性的研究

将格子Boltzmann方程和大涡模拟(LBE-LES)相结合,提出适应于格子Boltzmann方法(LBM)的涡黏性亚格子尺度模型,开展均匀各向同性湍流时空关联性的研究.采用D3Q19格式计算湍流的三维能谱、湍动能耗散率和其它高阶统计量,与实验和直接数值模拟结果的比较表明,该模型比传统涡黏模型有明显改进.考察了不同亚格子模型预测湍流频率波数能量谱的能力,结果表明,尺度涡产生的横扫作用是造成小尺度涡时间去关联的主要因素,不同波数的频率能量谱之间有一定的相似性,横扫速度是描述湍流频率波数能量谱的特征量.     

旋转同心圆筒间Couette-Taylor流动的数值模拟

通过求解三维不可压缩流Navier Stokes方程 ,数值模拟了旋转同心圆筒间的Couette Taylor流动问题 .计算预测了流动失稳的临界Reynolds (Rec)数及相应的空间失稳波长 ,与已有的实验结果相符很好 .同时 ,还计算显示了复杂的流场结构 ,结果表明 ,当Re小于Rec 时 ,流场为二维结构 ;当Re数增大到Rec数之后 ,流场发展成三维定常流动结构 ;当Re数进一步增大 ,流场演化为三维非定常流动结构     

多孔壁面槽道湍流中的流动阻力和传热

为了研究多孔介质壁面对槽道湍流流动及传热的影响,基于容积平均和局部热平衡法对含有多孔介质壁面槽道湍流的流场和热场进行直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS),讨论了具有不同达西数和孔隙率的多孔介质固壁对剪切湍流的阻力系数及传热Nusselt数的影响.研究结果表明,较高的孔隙率会产生较明显的减阻效应,而较高的达西数会提高传热效率.     

低速液体射流Rayleigh模式破碎的数值模拟

该文采用有限体积法和Volume-of-Fluid方法在轴对称坐标系下求解原始变量Navier-Stokes方程,数值模拟液体射流射入与之互不相溶的流体中射流界面的Rayleigh模式破碎过程.计算捕捉到界面不稳定发展、变形和射流破碎以及液滴的形成过程,探讨了射流核心区长度和韦伯数的关系,分析了速度场和压力场的分布特点.     

存在热浮力的剪切湍流中颗粒近壁运动的大涡模拟

采用基于动力学亚格子模型和热通量模型的大涡模拟方法,结合Lagrange粒子追踪技术,数值研究了存在热浮力作用的剪切湍流中细颗粒群的输运特性.一方面探讨在槽道剪切湍流中不同热分层效应与粒子输运的动态关联性,以及不同Stokes数的细颗粒在同一分层湍流环境下的浓度分布;另一方面探讨动量和热量耦合作用下影响粒子迁移、扩散和沉积的不同因素.此外,基于一些典型计算结果,探讨了稳定和不稳定分层对颗粒运动各向异性程度的影响,研究了不同颗粒的平均速度、脉动强度的统计特征量以及与湍流流场之间的相关性,并对颗粒在槽道不同区域的体积浓度分布和局部积聚现象进行了分析.     

近壁湍流和微颗粒的两相作用及减阻效应

为研究颗粒和近壁湍流的相互作用和流动阻力问题,采用点-力双向耦合模型并结合Lagrange粒子追踪法,对负载颗粒的槽道湍流进行直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS).同时,从含颗粒作用外力项的NavierStokes方程出发,推导颗粒加载湍流的阻力系数表达式.考察较低容积比下粒径小于Kolomogrov尺度的颗粒对湍流结构的调制以及湍流减阻现象,讨论颗粒尺度和数量等加载参数对阻力系数的影响,发现在本研究范围内的细微颗粒对湍流的调制以抑制作用为主,同时产生明显的减阻效应.     

湍流二元电解质流动和传质特性的数值模拟

应用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)、传质学和电化学理论, 建立了二元电解质溶液湍流运动的物理和数学模型. 针对恒电流情况, 通过数值计算研究了电解质溶液的传质和运动特性, 讨论电解质溶液平均浓度场随电解时间的演变规律和电解质湍流流场结构, 分析不同Schmidt 数以及交换电流密度大小对电解质溶液平均浓度场和脉动场的影响.