双尺度二阶矩两相湍流模型及其应用

基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念,用统一的方法处理两类脉动,建立了稠密两相流动的双尺度二阶矩两相湍流模型。用该模型对下行床内稠密两相流动进行了数值模拟。模拟结果和实验结果符合,和考虑碰撞的单尺度二阶矩湍流模型的结果接近,比其有一定程度的改进。结果表明,由于颗粒的碰撞,小尺度脉动也呈一定程度的各向异性,而且小尺度脉动和大尺度脉动在大部分区域内减小,而在接近壁面处增大。     

考虑颗粒尾涡效应的二阶矩两相湍流模型

将作者曾提出的颗粒尾涡增强气体湍流模型加入到二阶矩-颗粒动力论两相湍流模型中,建立了新的考虑尾涡效应的二阶矩两相湍流模型,并对水平槽道、旋流突扩室和下行床内的两相流动进行了模拟.对水平槽道和旋流突扩室内稀相两相流动的模拟结果表明：与实验数据对照,新模型比没有考虑颗粒尾涡影响的模型有一定程度的改进,颗粒尾涡效应确实增大了气体湍流;在下行床内的稠密两相流动中,由于两相之间的相互作用比较明显,颗粒尾涡不仅增大了气体脉动,而且也增大了颗粒脉动.     

气固流动大涡模拟和两相湍流模型的评价

用基于气体Smagorinsky亚网格应力模型和颗粒动力论模型的双流体大涡模拟(LES)以及统一二阶矩两相湍流模型(USM-RANS),对轴对称突扩气固流动进行了数值模拟。结果表明:LES模拟的颗粒轴向平均速度和均方根脉动速度,以及USM-RANS计算得到的模拟结果都与实验结果吻合较好。LES得到的颗粒-气体轴向脉动速度关联值比USM-RANS模拟值更接近实验值,这表明USM-RANS模拟还有改进余地,并基本上得到了LES的验证。LES的瞬态模拟能显示气固湍流流动的各向异性两相湍流结构和颗粒弥散的发展过程,而USM-RANS无法实现。     

气固流动大涡模拟和两相湍流模型的评价

用基于气体Smagorinsky亚网格应力模型和颗粒动力论模型的双流体大涡模拟(LES)以及统一二阶矩两相湍流模型(USM-RANS),对轴对称突扩气固流动进行了数值模拟。结果表明:LES模拟的颗粒轴向平均速度和均方根脉动速度,以及USM-RANS计算得到的模拟结果都与实验结果吻合较好。LES得到的颗粒-气体轴向脉动速度关联值比USM-RANS模拟值更接近实验值,这表明USM-RANS模拟还有改进余地,并基本上得到了LES的验证。LES的瞬态模拟能显示气固湍流流动的各向异性两相湍流结构和颗粒弥散的发展过程,而USM-RANS无法实现。     

湍流计算的多尺度模型与尺度间相互作用规律

湍流计算的多尺度模型把物理(空间)尺度分为大小尺度,大小尺度(LSS)运动微分积分方程组通过湍流应力项相耦合.利用该方程组计算了不可压槽道和平面混合层流动的三维时间演化,同时算出平均流速、最大和平均脉动速度.平均速度和平均脉动速度与NS计算结果一致,NS计算未能算出最大脉动速度.混合层最大脉动速度突增现象与流动转捩猝发现象相对应.LSS方程计算中,小尺度l2 f与大小涡分割尺度lc之比约为1/2～1/4时,数值解很好收敛;l2f/lc=1/5未能获得收敛解.解析分析证实:涡尺度介于lc/3和lc之间的小涡(称作近程小涡)及介于lc/2和lc之间的小涡(定义为共振小涡)分别提供了所有小涡对大涡作用应力的90%和75%,给出近程小涡和共振小涡作用应力的微分表达式;获得微分形式的大小尺度封闭方程组及大尺度运动封闭方程组.对单向剪切湍流,共振作用应力公式简化为Prandtl混合长理论应力公式.给出初步数值计算结果及湍流多尺度模型基本方程组的一般形式.     

一种改进的漂移系数模型及其应用研究

对轴对称突扩通道内气粒两相湍流进行了数值模拟研究，其中对气相场采用常用的二阶矩模型，对颗粒相采用了PDF模型，在此基础上给出了一种改进的漂移系数模型，用所给出的封闭模型进行了数值计算，并与实验结果以及未采用改进模型的PDF模拟结果进行了对比，结果表明改进模型能够更准确地预报颗粒脉动，改进的漂移系数模型很好地反映了颗粒运动的各向异性．     

湍流对气固两相流动中颗粒受力的影响

采用数值计算方法研究了流经静止球形颗粒的湍流流动。考察了不同湍流模型 (标准 k-ε模型、RNG k-ε模型和 Realizable k-ε模型 )对后台阶流动的计算结果的准确性 ,从中选取表现比较优越的 RNG k-ε模型对颗粒附近的湍流流动进行详尽的数值模拟。计算中湍流度取为 10 %～ 80 %之间 ,湍流尺度为 10 -5～ 4m。发现湍流尺度的变化对曳力系数的影响比较小 ,只是在小尺度条件下存在一定影响 ;而湍流度对颗粒曳力系数产生较大的增强作用 ,尤其在小颗粒Rep 条件下。得出的结论与以往文献不同 ,有待于更广泛的实验与理论方面的检验     

宾汉流体与颗粒间的密相两相湍流研究

参照密相液固两相湍流方程，并考虑到宾汉流体的本构关系，建立了描述汉流体与颗粒间的两相湍流流动的控制方程，编制了计算程序，为数值计算奠定了理论基础，采用IPSAR（Inter Phase Slip Algorithm Revised）算法，对直圆管内的宾汉流体与颗粒间的两相湍流流动进行了数值计算研究。结果表明：在直圆管中，颗粒相的速度分布比较均匀，且其在壁面处高于宾汉流体，随着屈服应力的增加，两相主流速度均减小，同时宾汉流体动能有减小的趋势，而颗粒相体和浓度则呈现出增加的趋势，因此宾汉流体的了应力及对其湍流流动有重要的影响。     

可压密相气固两相湍流流动的数值模拟方法

在ＤＩＰＳＡＲ算法的基础上,推导了适用于可压密相气固两相湍流流动数据会计的ＣＤＩＰＳＡＲ算法,利用提出的可压密相的两个ｋ－ε低湍流雷诺数模型,用ＣＤＩＰＳＡＲ算法,对竖直上升管中可压密相气固两相湍流流动进行了数值计算,同时考虑了密度变化和体积分数变化的影响,研究结果表明,随着颗粒体积分数的增加,颗料间及颗粒与壁面间的相互作用占了主导地位,使得单个颗粒脉动速度增大,但是气体及颗粒的速度差却随之减小,     

垂直管内气固两相湍流模型及其数值计算

分析了气固两相湍流在垂直管道内的流动．利用热力学守恒气固两相湍流模型,考虑流体流动为高雷诺数的情况,建立了垂直管道内二维气固两相湍流流动模型．使用ＳＩＭＰＬＥＲ算法,利用气相与固壁无滑移、固相与固壁有微小滑移的条件,计算了一种实际流动,得到了满意的结果．计算结果表明,因为固粒的脉动,使气相的湍流场更加趋于平缓．     

电火花作用下粉尘云着火的延迟时间

为确定粉尘云在电火花作用下的着火敏感性,以钛粉为研究介质,通过以电火花能量释放速率为源项的气-粒两相能量守恒方程建立模型,获得了电火花作用下放电火花能量、粉尘粒径、环境氧体积分数、环境温度及湍流程度对粉尘云着火延迟的影响规律.结果表明:粉尘粒径大小对着火延迟的影响最大,越小的颗粒其着火越迅速;环境温度比室温高50~100K时,粉尘着火延迟时间显著缩短;湍流会加速颗粒间换热速度,缩短着火延迟时间;点火能量与环境氧浓度对着火延迟的影响较小.通过模拟计算扩展了实验研究,也为相关粉尘爆炸预防工作提供理论依据.     

输煤巷道煤尘扩散的数值模拟

研究了井下皮带输煤巷道中煤尘的扩散规律。提出煤尘扩散的数学模型,对空气流运动采用雷诺平均数值模拟,再与澳博利恩公式耦合模拟出巷道中煤尘的浓度分布。选取三种不同大小的煤尘分别进行模拟。选定五个观测点,分别绘出浓度在y向的变化曲线,揭示了煤尘的起尘规律以及煤尘的颗粒直径对起尘浓度的影响。研究表明颗粒的起尘浓度与颗粒直径成反比。巷道中的气粒两相流从非均质流向均质流演化,演化的速度与颗粒的直径成正比。呼吸性煤尘起尘浓度大,煤尘颗粒主要集中在输送带到其上方1 m处。     

组合管中粉粒终速的理论计算

根据气粉流的质量，动量和能量守恒等基本定律，建立了描述了组合管中气粉流行为的数学模型，数值计算结果表明，粉粒终速随粉粒密度的增大或粉粒粒径的增大而减小，且随粉气化的增大而增大。     

额外维紧致球空间的变形与K-K粒子质量的修正计算

本文根据高维时空中的Einstein宇宙学场方程研究了额外维空间的变形和K-K粒子质量的修正.在模型中假定内部空间中存在高阶U(1)规范场和真空能密度的作用,然后分别计算了紧致单球和紧致双球的半径和对应的K-K粒子质量.另外,通过内部球度规的单参量变形和双单参量变形计算了半径和K-K粒子质量的修正值,还分析和讨论了额外维数目和变形效应对内部球半径和K-K粒子质量的影响.本文还研究了单球和双球紧致化中涨落解的变化规律,即假定围绕标度因子的静态解产生随时间变化的微小涨落,仔细分析了Einstein场方程对应的线性涨落方程解的增长性质.结果发现单球和双球紧致化中涨落解都可以达到稳定状态,这一结论和标量场势能的稳定性结果完全一致,因此时空上度规涨落可以导致K-K粒子质量的产生.     

高炉三维气固湍流和煤粉燃烧过程数值模拟

基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化方程,建立并发展了高炉风口回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型.用所建模型分别对冷态模型内气固两相流动和某企业750 m3高炉风口回旋区内的气固两相三维流动与煤粉燃烧进行了数值模拟.采用三维激光相位多普勒分析仪(PDA)对冷态模型内气固两相流场进行了测量,实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致.热态模拟结果给出了气相温度和组分浓度分布,模拟结果与实验测量结果较吻合,揭示了风口回旋区内气固两相流动和煤粉燃烧的基本性质和特点.     

Mixed Model for Silt-Laden Solid-Liquid Two-Phase Flows

The kinetic theory of molecular gases was used to derive the governing equations for dense solid-liquid two-phase flows from a microscopic flow characteristics viewpoint by multiplying the Boltzmann equation for each phase by property parameters and integrating over the velocity space. The particle collision term was derived from microscopic terms by comparison with dilute two-phase flow but with consideration of the collisions between particles for dense two-phase flow conditions and by assuming that the particle-phase velocity distribution obeys the Maxwell equations. Appropriate terms from the dilute two-phase governing equations were combined with the dense particle collision term to develop the governing equations for dense solid-liquid turbulent flows. The SIMPLEC algorithm and a staggered grid system were used to solve the discretized two-phase governing equations with a Reynolds averaged turbulence model. Dense solid-liquid turbulent two-phase flows were simulated for flow in a duct. The simulation results agree well with experimental data.