气固两相湍流变动的研究

论文摘要

在两相流中,气相湍流变动一直是国际上研究的热点,但也是研究中的难点,已经提出一些经验的和半经验的湍流变动模型,但是有的缺乏系统检验,也有的效果不理想,其核心问题是颗粒尾涡增强气体湍流的规律有待深入研究。本文用基于雷诺应力方程湍流模型的RANS模拟和极细的网格系,对圆球绕流进行了三维数值模拟。通过改变圆球直径、来流速度、气体的密度、气体的粘性以及圆球的间距,获得了湍动能的增量与气体的来流速度近似呈三次方规律(ΔΚ∝Urel3),与颗粒的直径近似呈三次方规律（ΔΚ∝dp3）,与气体的密度近似呈二次方规律（ΔΚ∝ρg2）,与气体的粘性近似呈线性规律（ΔΚ∝1/μg）,与颗粒的间距近似呈平方规律（ΔΚ∝1/L2）。通过量纲分析法,构造了和现有模型不同的一种颗粒尾涡增强气体湍流的新模型,即。将该模型加入到统一二阶矩两相湍流模型中,对轴对称旋流室、水平槽道进行了两相流动数值模拟。轴对称旋流室两相流模拟结果发现,和不考虑颗粒尾涡效应的二阶矩两相湍流模型的数值模拟结果相比,在轴线附近,本模型对气体雷诺应力的预报值有明显的改进,在壁面附近,两种模型的预报值基本接近。水平槽道两相流模拟结果发现,在高、低两种粗糙度壁面下,与没有考虑颗粒尾涡效应的统一二阶矩模型相比,本模型预报结果在中心区域有一定程度的改进,与实验值吻合更好。但是在壁面附近,两个模型在高粗糙度壁面下的预报结果趋于一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 湍流变动研究现状
• 1.2.2 圆球绕流研究现状
• 1.3 本文研究任务
• 第2章 圆球绕流数值模拟
• 2.1 计算数学模型及边界条件
• 2.1.1 数学模型
• 2.1.2 边界条件
• 2.2 单圆球绕流RANS 数值模拟
• 2.3 双圆球绕流数值模拟
• 2.3.1 并列双圆球数值模拟
• 2.3.2 串列双圆球数值模拟
• 2.4 三圆球绕流数值模拟
• 2.4.1 并列三圆球数值模拟
• 2.4.2 串列三圆球数值模拟
• 2.4.3 流向截面（XY 面）混合排列三圆球数值模拟
• 2.4.4 横截面（YZ 面）混合排列三圆球数值模拟
• 第3章 考虑尾涡效应的统一二阶矩两相湍流模型
• 3.1 考虑颗粒尾涡效应的USM? θ模型
• 3.2 二阶矩两相湍流模型的数值解法
• 3.3 两相流动边界条件
• 3.3.1 气相控制方程组边界条件
• 3.3.2 颗粒相控制方程组边界条件
• 3.3.3 两相速度脉动关联方程的边界条件
• 第4章 气固两相流动湍流变动数值模拟
• 4.1 轴对称气固两相流动数值模拟
• 4.1.1 模拟对象
• 4.1.2 模拟结果与讨论
• 4.2 充分发展水平槽道气固两相流动数值模拟
• 4.2.1 模拟对象
• 4.2.2 模拟结果与讨论
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢