多維條件映射模型的改進(jìn)及應(yīng)用研究.pdf

1、在湍流燃燒數(shù)值模擬中，化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)由于其強(qiáng)烈的非線性及多尺度性，無法直接精確求解，需要建立相應(yīng)燃燒模型來封閉該項(xiàng)。近年來，求解湍流流動(dòng)大渦模擬(LES)方程組結(jié)合求解標(biāo)量聯(lián)合概率密度函數(shù)(PDF)輸運(yùn)方程方法的發(fā)展有效解決了上述問題。在標(biāo)量聯(lián)合概率密度函數(shù)方程中，化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)可以通過有限化學(xué)反應(yīng)速率方程精確求解，與僅能依賴燃燒模型求解化學(xué)反應(yīng)速率近似解的大部分其他數(shù)值方法相比具有很大優(yōu)勢。但是，標(biāo)量聯(lián)合概率函數(shù)輸運(yùn)方程中存在一個(gè)重要的未

2、封閉項(xiàng)——小尺度混合項(xiàng)。小尺度混合在很大程度上影響了標(biāo)量混合，尤其對(duì)標(biāo)量脈動(dòng)的模擬具有決定性作用，因此需要建立準(zhǔn)確的小尺度混合模型。
　　求解標(biāo)量聯(lián)合概率密度函數(shù)輸運(yùn)方程的方法一般通過隨機(jī)顆粒模型實(shí)現(xiàn)，即利用隨機(jī)顆粒系綜代替真實(shí)流場模擬湍流流動(dòng)及標(biāo)量混合，計(jì)算結(jié)果由粒子場信息統(tǒng)計(jì)得到。然而目前發(fā)展的小尺度混合模型幾乎都需要大量粒子來保證混合的準(zhǔn)確性，計(jì)算量過于巨大，因此PDF方法很難運(yùn)用到實(shí)際工程問題中。
　　多維條件映射模

3、型(MMC)是一種兼具準(zhǔn)確與效率的新型湍流混合及燃燒模擬方法。MMC模型通過引入一個(gè)或多個(gè)參考變量確保標(biāo)量當(dāng)?shù)鼗旌?，在粒子較為稀疏的條件下亦可正確模擬湍流混合。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的稀疏拉格朗日粒子模擬相較其他概率密度函數(shù)方法計(jì)算量大大減少，使PDF方法應(yīng)用于實(shí)際工程問題中成為可能。
　　但是目前發(fā)展的MMC模型中一些模型常數(shù)缺乏堅(jiān)實(shí)理論依據(jù)，在不同湍流混合問題中不具有通用性。此外，拉格朗日粒子數(shù)密度對(duì)模擬結(jié)果具有不可忽視的影響。本文針

4、對(duì)以上兩方面問題進(jìn)行了研究。
　　為完善MMC模型，本文運(yùn)用大渦模擬，并結(jié)合求解標(biāo)量聯(lián)合的過濾密度函數(shù)方程，以混合物分?jǐn)?shù)做為參考變量，針對(duì)稀疏拉格朗日MMC模擬中粒子混合的當(dāng)?shù)匦圆⒖紤]混合物分?jǐn)?shù)梯度對(duì)粒子配對(duì)混合的影響，推導(dǎo)出改進(jìn)的混合模型參數(shù)并對(duì)混合時(shí)間尺度作出改進(jìn)，大大提高了MMC模型的普適性。
　　在拉格朗日粒子場密度對(duì)模擬結(jié)果影響研究中，針對(duì)不同粒子數(shù)密度對(duì)模擬結(jié)果精度的影響，提出與流場特性及數(shù)值方法相關(guān)的拉格朗日粒