气粒两相湍流拟序结构的大涡模拟研究

摘要

该文主要从事气粒多相流的大涡模拟研究.文中对二维气粒两相平面尾迹流场、二维气粒两相平面射流流场以及三维气粒两相矩形射流流场中的气相流场进行了大涡模拟、对颗粒运动扩散采用Lagrangian模拟研究后,取得了一系列具有重要的理论意义和实际意义的研究成果.在对流场特性进行全面分析的基础上,根据对气相流场采用大涡模拟,对颗粒相运动采用Lagrangian方法进行求解的思路,建立了二维气粒两相湍流流动数值模拟的数学模型.并在此基础上对气粒两相平面尾迹流动、气粒两相平面射流流动进行数值模拟.另外,文中还模拟研究了气粒两相平面射流中不同质量携带率中下等Stokes数颗粒与气相流场的相间耦合作用下气相流场的旋涡拟序结构以及颗粒运动扩散规律.最后,在前面二维模拟的基础上,建立了三维气粒两相湍流流动数值模拟的数学模型,并用此模型对气粒两相气粒两相矩形射流进行数值研究.全面地分析了矩形射流气相时均流场的速度、湍流强度的空间分布规律,并就部分数值模拟结果与实验结果进行了对比研究;描述分析了气相流场湍流拟序结构,对流向、横向和展向三个方向旋涡的空间结构特点进行分析研究,并分析了流向涡随时间变化的发展、运动规律.分析研究了微细颗粒在在矩形射流流场中的三维空间分布、运动扩散规律特性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1气粒多相流数值模型研究综述

1.1.1湍流模式理论

1.1.2格子气(LGA)与格子Boltzmann(LB)理论

1.1.3离散涡方法

1.1.4直接模拟

1.1.5大涡模拟

1.2自由剪切湍流拟序结构及其与颗粒相互作用的研究进展

1.2.1单相自由剪切湍流的拟序结构

1.2.2自由剪切湍流拟序结构与颗粒相互作用

1.3本文主要研究内容

参考文献

第二章二维气粒两相平面尾迹的大涡模拟

引言

2.1数学模型

2.1.1大涡模拟基本思想

2.1.2气相运动亚网格应力（SGS）模型

2.1.3颗粒相运动方程

2.2数值方法

2.2.1交错网格

2.2.2有限容积法

2.2.3修正的Crank-Nicolson时间步进格式

2.3平面尾迹流场的初值条件和边值条件

2.4气相流场实验对比与湍流拟序结构

2.4.1气相流场实验对比

2.4.2整场尾迹流场的拟序结构

2.4.3近壁处流场的拟序结构

2.5拟序结构作用下颗粒的运动扩散特性

本章小结

参考文献

第三章气粒两相平面湍流射流的大涡模拟

引言

3.1射流流场的初值条件和边界条件

3.2气相流场实验对比及湍流拟序结构

3.3大涡拟序结构作用下颗粒的运动扩散特性

3.4气体流场与颗粒的相间耦合作用

3.4.1颗粒对气相流场的反作用

3.4.2颗粒的运动扩散特性

本章小结

参考文献

第四章气粒两相矩形喷嘴三维射流的大涡模拟

引言

4.1数学模型

4.2数值方法

4.3矩形射流流场的初值条件和边界条件

4.4气相时均流场数值模拟结果及其与实验对比

4.5气相流场湍流拟序结构

4.6颗粒的运动扩散特性

本章小结

参考文献

第五章全文总结

符号表

致谢

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