氣固兩相圓柱繞流的直接數(shù)值模擬和肋條彎管抗磨機理的數(shù)值試驗研究.pdf

1、浙江大學博士學位論文氣固兩相圓柱繞流的直接數(shù)值模擬和肋條彎管抗磨機理的數(shù)值試驗研究姓名：姚軍申請學位級別：博士專業(yè)：工程熱物理指導教師：樊建人岑可法20020501散特征。它決定了顆粒在流場中心軸線附近區(qū)域的擴散機理，顯然，它與混合層中渦團間相互作用，顆?！罢郫B(fold)”式擴散機理不同。此外，在第一部分研究中對較高雷諾數(shù)(Re=1000)圓柱近壁尾跡的擬序結構的進行探索性研究，獲得了在實驗中難以清楚觀察到的近壁流動特征。在本文第二部

2、分研究中，針對工程中出現(xiàn)的彎管磨損嚴重的問題，本文作者提出了一種新型的抗磨彎管一肋條彎管，它是將具有一定截面幾何形狀的肋條按一定間距分布在直角彎管內(nèi)20?！?0。的外側壁上。實驗證明該彎管具有明顯的抗磨效果。該部分研究旨在運用數(shù)值試驗的方法澄清其抗磨機理。本部分數(shù)值計算分兩步進行，先對氣流場采用歐拉法進行數(shù)值模擬，再用拉格郎日法對顆粒進行跟蹤。在已有實驗基礎上進行大量的數(shù)值計算，計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合很好。求解貼體坐標系中的時均N—S方

3、程，運用二階七嵋湍流模型研究彎管三維氣相流場。研究時發(fā)現(xiàn)，與光滑彎管相比，肋條彎管軸向中一11主流的速度要高，它加大了主流區(qū)顆粒的輸送能力。另一方面，在相鄰肋條間存在著比較穩(wěn)定的回流區(qū)，它如同一個滾動的氣流軸承，改變了近壁處顆粒的運動軌跡；同時，該回流區(qū)內(nèi)氣流的速度明顯小于主流中心區(qū)的流速，能夠吸收進入近壁處顆粒運動的能量起到“空氣墊”的作用。由此可見，肋條彎管內(nèi)部流場的特征決定了它將具有抗磨效應。在跟蹤彎管內(nèi)部顆粒運動時，分別統(tǒng)計決定

4、磨損大小的兩個重要物理量：顆粒碰撞壁面的速度和角度。將肋條彎管和光滑彎管的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行比較，結果發(fā)現(xiàn)，肋條彎管中顆粒碰撞壁面(包括肋條)的速度明顯小于光滑彎管中顆粒碰撞壁面的速度：肋條彎管中顆粒碰撞壁面(包括肋條)的角度也比光滑彎管中顆粒碰撞壁面的角度明顯得到改善。它從根本上解釋了肋條彎管具有抗磨效果的原因。此外，運用數(shù)值計算的優(yōu)勢，獲得了一些實驗中不便得到的肋條彎管磨損特征，如：肋條彎管中彎管壁面的磨損依然占據(jù)主要地位和肋條彎管內(nèi)磨損