单颗粒尾涡特性的大涡模拟

稠密气固两相流中颗粒尾涡的存在对其他颗粒的运动及两相流场结构的影响不可忽略. 本文采用大涡数值模拟的方法研究了气体流过一个100?m颗粒的尾涡特性, 对比计算了在不同颗粒雷诺数Rep下颗粒尾涡的存在对局部气流速度、压力的影响. 结果表明,Rep=100时尾涡影响区域的长度达颗粒粒径的5倍,颗粒前后最大压差达373.48Pa.     

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。     

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,     

用扩散流模型数值模拟后台阶湍流颗粒输运

建立了一个两维气固两相湍流扩散流数学模型,并且用此模型数值模拟了气固两相绕流后台阶的湍流流动.预测分析了台阶后固体颗粒的湍流输运速度,并将预测结果与Laslandes等的用两种两流体模型(k-ε-A p ,k-ε-k p )的数值预测结果及实验结果进行了比对,结果表明扩散流数学模型可以用于描述气固两相流动.它的预测效果不但与目前实用的两流体模型相当,而且还可以正确地预测固体颗粒的横向速度,在这一点上还超过了两流体模型的预测效果.     

三维槽道两相湍流的大涡模拟

利用基于动态粘性亚网格模型的大涡模拟方法,分别模拟计算了Ret=180的三维槽道湍流内的三种颗粒的运动状况．统计得到的流体的平均速度、脉动速度等结果与有关文献中的DNS结果一致,不同的颗粒在流场中(特别是近壁区)表现出不同的行为,并再现了颗粒在壁面附近局部富集的现象．     

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．     

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。     

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.     

气固两相流中气体湍流强度的研究

在气固两相流的流体相湍流模型中计入颗粒尾迹影响,采用低雷诺数模型,对竖直上升管中气固两相流动进行了数值模拟,较好地揭示了流体相湍流强度随颗粒大小、体积浓度变化的规律．     

两相流中颗粒相对湍流动能修正的模型及其应用

讨论了两相流中颗粒相对湍流动能及其耗散率的影响．通过单个颗粒在流场中运动的分析,推导出由颗粒引起的湍流动能的耗散,并和由颗粒后的尾流及涡的脱落引起的湍流动能的增加一起加入ｋε方程中,将此模型应用到竖直圆管中的气粒两相流的计算, 并与实验结果进行比较,发现本文的模型比文献［１］ 的模型有一定的改进．     

用颗粒相双尺度二阶矩湍流模型模拟突扩两相流动

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,应用单相流动多尺度湍流模型方法,从双流体模型出发,推导和封闭了颗粒的双尺度脉动雷诺应力方程、大尺度脉动能量传递率方程、小尺度脉动耗散率方程和两相脉动关联方程,用统一的湍流模型方法构造了包含颗粒两类脉动的新的颗粒双尺度二阶矩两相湍流模型．用该模型对突扩管内的两相流动进行了数值模拟,并和单尺度的二阶矩两相湍流模型进行了比较,计算结果和实验数据吻合较好,比单尺度的二阶矩两相湍流模型的计算结果有所改进．     

考虑尾流效应的风电场建模以及随机潮流计算

采用变量变换法拟合了风速频率的三参数weibull分布函数,在风能分布的Jensen和Lissaman模型的基础上,结合风速的频率分布模型与风力发电机组的单机稳态模型,建立了大型并网运行风电场的综合模型.该模型同时考虑了尾流效应和风电场地形因素对不同位置风机风速的影响,得到了考虑以上因素时风电场的输出功率.在此基础上,应用蒙特卡罗法对风电场接入系统进行了随机潮流计算.最后,以40机的风电场为例建立了风电场模型,将此模型引入到IEEE14系统中,通过随机潮流计算得到系统节点电压的概率分布以及风电场输出功率的概率分布,分析了风电场并网运行对系统各节点电压的影响,从而为减小风电接入系统的电压波动提供参考.     

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。     

等截面管道中气固两相流的颗粒速度的理论计算

根据质量,动量和能量守恒等基本原理,建立了描述等截面管道中气固两相流行为的一阶常微分方程组,数值计算结果表明,颗粒终速随管长增加或随粒径减小而增大;在质量流量比较小(小于0.6)时,颗粒终速与质量流量比无关。     

等直径喷嘴中气粉两相流粉粒速度的实验研究

利用粉粒光电分光器对等直径喷嘴中粉粒速度进行了实验研究，在实验的基础上，提出了用实测喷嘴内初始运动参数和出口压强确定喷嘴内粉粒初始速度的方法，结果表明，喷嘴内粉粒速度的计算结果同实测结果基本一致。     

分析湍流间歇性的双流体模型

本文阐述湍流的双流体模型,并用于计算湍流自由射流的间歇性.还研究了两种流体间的质量交换和摩擦作用对间歇性的影响.计算结果令人鼓舞.     

添加筛网对减阻流体湍流空间结构的影响

应用相位多普勒测速仪（PDA）和粒子图像测速仪（PIV）对添加筛网后的十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）减阻流体湍流流场进行试验研究,得到了减阻流体的速度脉动分布以及在筛网后不同位置的减阻流体湍流速度分布和平均速度分布．结果表明：添加筛网后,减阻流体的速度脉动明显增强,随着离网格距离的增大,速度脉动逐渐减弱最后趋于稳定;在靠近筛网处,平均速度分布趋向于和水的速度平均分布相一致,而在远离筛网处,其平均速度分布趋向于减阻流体不加筛网时的平均速度分布;随着筛网层数的增多,靠近网格处减阻流体湍流核心区明显增大,同时在近壁面处出现强烈的漩涡波动,瞬间速度空间分布趋近于水的速度空间分布,在远离筛网处,CTAC减阻流体过渡层明显增厚,在湍流核心区和过渡层之间出现小漩涡,表明被金属筛网破坏的胶束重新缔合成棒状胶束,恢复了减阻性能．     

高速等离子体尾流结构的实验研究

通过测量流场等离子体电子密度分布的方法,测定了超高速流场中钝体后主激波的几何位置．采用非线性动力学中的 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 熵值的方法,得到熵的极小值位置与电子密度法得到的最大值位置是相同的．根据 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 熵值的分布得到了自由剪切层并观测到钝体底部近尾区存在有一个有序区域．实验数据分析结果表明 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 最小熵值法能够较清晰地刻划处于远尾区流场的结构     

气固两相压气机平面叶栅后气流参数的试验测量

在粒子质量浓度ａ＝２．０％、２．７％，叶栅进口气流速度ｕｇ＝２２ｍ／ｓ和冲角ｉ＝１７°、２７°多种工况下，测量栅后沿栅距和对高方向分布的气流参数．通过与纯气流条件下试验结果比较，分析了叶栅进口粒子浓度和冲角变化对压气机平面对栅后气体流动参数的影响．