管道內(nèi)顆粒懸浮流中大顆粒和湍流相互作用的直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、顆粒多相流在工業(yè)中有十分廣泛的應(yīng)用。雖然現(xiàn)在已有大量的工作致力于該課題的研究,但是我們對其一些基本特性還缺乏足夠的認識,例如顆粒對轉(zhuǎn)捩的影響,顆粒與湍流結(jié)構(gòu)的相互作用等。本文采用直接力/虛擬區(qū)域方法(Direct Forcing/Fictitious Domain method,DF/FD)對中低雷諾數(shù)下管道和槽道內(nèi)的顆粒多相流進行了直接數(shù)值模擬研究,研究了顆粒對轉(zhuǎn)捩的影響和顆粒與湍流擬序結(jié)構(gòu)的相互作用。
　　 本文主要研究了三

2、部分內(nèi)容:
　　 (1)對低雷諾數(shù)下(Re＜2300)水平圓管道中顆粒懸浮液流進行了直接數(shù)值模擬,研究了顆粒濃度,顆粒尺寸對轉(zhuǎn)捩的影響規(guī)律。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在較低的顆粒濃度下顆粒促進管流的轉(zhuǎn)捩,臨界轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)隨著顆粒濃度的增加而降低;在較高的顆粒濃度下,臨界雷諾數(shù)隨著顆粒濃度得增加而增加。
　　 (2)對雷諾數(shù)Re=4900的水平顆粒管湍流進行了直接數(shù)值模擬,研究了幾種濃度下大尺寸中性顆粒對湍流結(jié)構(gòu)的作用。結(jié)果表明:中

3、性顆粒削弱了流向速度脈動在極大值處的強度,這是由于壁面附近大尺度流向渦和快慢速條紋的強度被削弱所導致的;而很靠近壁面和管道中心區(qū)域的流向速度脈動被增強。壁面附近的顆粒會誘導出大量小尺度的渦量,這些渦量增加了壁面附近徑向和切向速度脈動的強度。
　　 (3)對雷諾數(shù)Re=5000的水平顆粒槽道湍流進行了直接數(shù)值模擬,研究了壁面附近沉降顆粒與湍流結(jié)構(gòu)的相互作用,討論了不同尺寸,沉降系數(shù)和濃度下顆粒對湍流的影響規(guī)律。結(jié)果表明:(a)在沉

4、降系數(shù)為零的算例中,顆粒削弱壁面附近大尺度流向渦和快慢速條紋的強度,這個過程削弱了流向速度脈動在極大值處的強度。而在很靠近壁面的區(qū)域和管道中心區(qū)域的流向速度脈動被增強。壁面附近的顆粒會誘導出大量小尺度的渦量,這些渦量增加了壁面附近徑向和切向速度脈動的強度;(b)在沉降系數(shù)較大的算例中,顆粒沉積到壁面附近并形成顆粒沉積層,這層顆粒相當于粗糙壁面,會誘導出大量渦量,這個過程大大增加了下壁面處的速度脈動強度;(3)在中等沉降系數(shù)的算例中,顆粒