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(duì)其一些基本特性還缺乏足夠的認(rèn)識(shí),例如顆粒對(duì)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(duì)中低雷諾數(shù)下管道和槽道內(nèi)的顆粒多相流進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究,研究了顆粒對(duì)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(duì)低雷諾數(shù)下(Re＜2300)水平圓管道中顆粒懸浮液流進(jìn)行了直接數(shù)值模擬,研究了顆粒濃度,顆粒尺寸對(duì)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(jìn)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(duì)雷諾數(shù)Re=4900的水平顆粒管湍流進(jìn)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(duì)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(dòng)在極大值處的強(qiáng)度,這是由于壁面附近大尺度流向渦和快慢速條紋的強(qiáng)度被削弱所導(dǎo)致的;而很靠近壁面和管道中心區(qū)域的流向速度脈動(dòng)被增強(qiáng)。壁面附近的顆粒會(huì)誘導(dǎo)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(dòng)的強(qiáng)度。
　　 (3)對(duì)雷諾數(shù)Re=5000的水平顆粒槽道湍流進(jìn)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(duì)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(qiáng)度,這個(gè)過(guò)程削弱了流向速度脈動(dòng)在極大值處的強(qiáng)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(dòng)被增強(qiáng)。壁面附近的顆粒會(huì)誘導(dǎo)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(dòng)的強(qiáng)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(dāng)于粗糙壁面,會(huì)誘導(dǎo)出大量渦量,這個(gè)過(guò)程大大增加了下壁面處的速度脈動(dòng)強(qiáng)度;(3)在中等沉降系數(shù)的算例中,顆粒