均勻湍流內(nèi)湍流-布朗顆粒碰撞的直接模擬研究.pdf

1、燃燒源可吸入顆粒物對(duì)于人體健康和自然環(huán)境有嚴(yán)重的危害，了解其在燃燒過(guò)程中生成和長(zhǎng)大過(guò)程的機(jī)理是控制顆粒物生成的前提，其核心問(wèn)題之一是顆粒-顆粒的碰撞和凝并過(guò)程。對(duì)于燃煤產(chǎn)生的細(xì)微顆粒，其碰撞過(guò)程主要受布朗運(yùn)動(dòng)和湍流作用影響，研究湍流作用下有布朗運(yùn)動(dòng)的細(xì)微顆粒的碰撞過(guò)程是目前兩相流體力學(xué)和氣溶膠動(dòng)力學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。 本文在系統(tǒng)總結(jié)有關(guān)顆粒平均碰撞核函數(shù)的研究進(jìn)展和相關(guān)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，基于高效的后溯法來(lái)檢測(cè)碰撞，首先對(duì)Reλ約

2、為51均勻各向同性湍流內(nèi)Stk (Stk=τp/τk)為0到10的有限慣性顆粒(不考慮布朗力)的碰撞行為進(jìn)行了直接數(shù)值模擬，研究了湍流對(duì)有限慣性顆粒碰撞的影響。結(jié)果表明，具有一定慣性顆粒的湍流碰撞率完全不同于零慣性的輕顆粒(Stk=0)和可忽略湍流作用的重顆粒(Stk=￥)，其變化趨勢(shì)極其復(fù)雜。使用同時(shí)考慮了湍流摻混效應(yīng)和局部富集效應(yīng)的圓球模式來(lái)估計(jì)湍流作用下的顆粒碰撞核函數(shù)，分別利用可能發(fā)生碰撞的顆粒對(duì)的徑向相對(duì)速度<|wr|>和徑向

3、分布函數(shù)g?來(lái)量化這兩種效應(yīng)。結(jié)果表明Stk≈1.0時(shí)局部富集效應(yīng)最為強(qiáng)烈，使得顆粒的碰撞核函數(shù)在此時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值；湍流摻混效應(yīng)則隨著顆粒Stk的增大而漸進(jìn)增大；局部富集和湍流摻混聯(lián)合作用的結(jié)果，使得顆粒碰撞核函數(shù)在Stk≈3.0附近出現(xiàn)另一個(gè)峰值。通過(guò)對(duì)Stk在0到1之間的細(xì)微顆粒進(jìn)行漸近性分析，結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果，提出了適用于細(xì)微顆粒的簡(jiǎn)單的湍流碰撞核函數(shù)模型。 在直接模擬湍流作用下的顆粒碰撞的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合布朗動(dòng)力學(xué)