三维射流中颗粒与流体的双向耦合作用

采用基于欧拉一拉格朗日的双向耦合模型对三维气固两相平面射流中颗粒与流体的双向耦合作用进行了直接数值模拟.在考虑颗粒相的反作用后,气相运动采用直接耦合求解,计算颗粒场时,选取Stokes数为0.1的较小颗粒,采用Lagrangian方法跟踪其运动.重点考察了颗粒相与流体相之间的相互作用,分析了不同固相载率的颗粒对流场特性以及对自身扩散的影响.模拟结果表明由于颗粒的影响,在射流入口处流场最初生成的两个大涡沿横向被拉伸,而在射流下游区域,涡结构则沿流向被拉伸;在射流的下游,颗粒降低了流场中心区域的流向平均速度,削弱了流场中心区域的湍流强度.此外,跟单向耦合相比,双向耦合情况下的颗粒分布更加均匀,并且均匀程度随固相载率的增加而增大.     

气固两相混合层流场双向耦合的数值研究

采用双向耦合模型对有涡配对的二维气固两相混合展数值模拟,在考虑颗粒对流场反作用基础上进一步对颗粒间通过流体的相互作用进行分析。流场用拟谱方法求解,颗粒用颗粒轨道模型跟踪。结果发现,流场中大涡卷起和配对仍居主导地位;颗粒Ｓｔ数为Ｏ（０．１）～Ｏ（１）时,颗粒减弱了流场雷诺应力强度,加快涡量扩散; Ｓｔ数为Ｏ（１）时,颗粒分布极不均匀,主要集中在渴的边缘．     

考虑颗粒碰撞的三维混合层直接数值模拟

为了更细致地考察两相流动中颗粒间的碰撞现象及颗粒碰撞对颗粒相、流体相产生的具体影响,本文在双向耦合、颗粒St=3、满质量载荷工况下对气固两相三维平面混合层流场进行了直接数值模拟。其中对颗粒跟踪采用Lagrangian方法,颗粒间的碰撞采用硬球模型。数值结果表明:考虑了颗粒间的碰撞后,在流场发展末期,颗粒分布得更加均匀,流体相相互混合程度提高,两相平均流向速度降低,湍动能增强。     

三维格子涡方法模拟自由下落颗粒群

本文发展了基于双向耦合的三维格子涡方法,采用涡方法模拟流场中的涡量变化及涡元运动,使用双势法求解速度场,采用拉格朗日方法跟踪颗粒相.利用该模型模拟了颗粒群的自由下落及下落过程引起的气相流动,模拟结果与实验吻合良好。结果显示空气相速度径向分布满足高斯分布,颗粒相流量对颗粒群的扩散影响不显著,而流量增大会引起颗粒速度的增大.     

LES-DSMC方法研究超细颗粒气固两相流动过程

采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流,采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞。单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定,考虑超细颗粒间的van der Waals作用力。数值模拟垂直管内超细颗粒气固两相流动,对颗粒相速度、浓度以及团聚物流动过程进行分析。     

三维涡方法模拟蒸发性喷雾

本文发展了考虑可压缩效应的双向耦合三维涡方法,将涡方法拓展至蒸发性喷雾的模拟。离散相液滴的运动采用拉格朗日方法跟踪,采用考虑了吹风效应和对流效应的N-G-R-M模型计算其传热传质。针对文献中的丙酮喷雾实验开展数值模拟,获得喷雾涡量场发展过程及涡量分布规律,并与实验数据进行对比,液滴直径的空间分布与实验结果吻合良好,本文模型可预测出喷雾液滴的平均寿命。     

可压缩均匀湍流中颗粒对湍流调制的数值研究

本文采用欧拉-拉格朗日点源方法对颗粒调制可压缩均匀各向同性衰减湍流进行了直接数值模拟,颗粒和流场之间通过双向耦合相互作用,初始湍流马赫数达到1.2,研究了不同密度(St_0)颗粒对湍流调制的影响,轻颗粒(St_0=0.1)略微增强流体的湍动能和旋转运动;临界颗粒(St_0=1.0)也增强流体的旋转运动;而重颗粒(St_0=5.0)则会削弱流体的湍动能和旋转运动。对于流场的可压缩性,颗粒由于其惯性都会削弱可压缩性,并且颗粒越重,削弱越强。     

后台阶气固两相流动的大涡模拟

本文基于开源计算流体力学软件OpenFOAM,开发了气固两相流动双向耦合求解器,并对Re=13800、颗粒直径为150μm的玻璃球的后台阶两相流动进行了计算。其中气相采用大涡模拟方法,用盒式过滤函数对流体相控制方程过滤求解。颗粒相采用拉格朗日方法对颗粒进行跟踪。将计算结果和实验数据进行对比,以此来检验颗粒受力计算模型和亚格子气固两相求解器的准确性。     

CFBC旋风分离器气固两相流数值模拟与优化

气相利用Euler坐标系下的K-ε／RNG双方程湍流模型,颗粒相采用拉格朗日坐标系下的随机轨道模型,考虑双向耦合,对CFBC旋风分离器中较高浓度气固两相流动进行数值模拟,结果表明:采用入口加速段将气固两相流加速到合适的速度,对提高分离效率有重要作用。排气管向产生离体涡旋区方向偏移适当距离,有助于减少涡旋区,改善流场, 减少阻力。虽然收缩锥体有利于形成向上旋流,但对颗粒捕获也有不利的一面。     

循环流化床内颗粒团聚物流动特性的DSMC-LES模拟

采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定。数值模拟垂直管内气固两相上升流动,对管内气相速度和颗粒相速度、浓度以及聚团的流动特性进行分析.研究平均单个颗粒团聚物的存在时间、颗粒团聚物的时间份额和颗粒团聚物的生成频率分布特性,模拟结果与Manyele等(2002)和Sharma等(2000)试验结果吻合.     

两相混合层中颗粒运动的数值模拟

本文采用离散涡方法对平板混合层流动进行了数值模拟,得到了与实验完全定量符合的速度场。再用单向耦合方法模拟了混合层流场中颗粒的运动。分析了混合层流动中大尺度涡结构及Ｓｔｏｋｅｓ数对颗粒扩散的影响。与前人工作中所采用的每个时间步一个颗粒在固定的位置进入计算域的方法不同,本文中每个时间步有多个颗粒在入口处以随机的横向位置进入计算域。因此,在不需增加太多计算量的基础上,计算域中可以包含足够多的颗粒以获得较精确的统计结果。采用本文方法得到的颗粒速度场与实验结果定量符合得很好。     

Lagrangian measurements of inertial particle accelerations in grid generated wind tunnel turbulence

We describe Lagrangian measurements of water droplets in grid generated wind tunnel turbulence at a Taylor Reynolds number of R(lambda)=250 and an average Stokes number (St) of approximately 0.1. The inertial particles are tracked by a high speed camera moving along the side of the tunnel at the mean flow speed. The standardized acceleration probability density functions of the particles have spread exponential tails that are narrower than those of a fluid particles (St approximately 0) and there is a decrease in the acceleration variance with increasing Stokes number. A simple vortex model shows that the inertial particles selectively sample the fluid field and are less likely to experience regions of the fluid undergoing the largest accelerations. Recent direct numerical simulations compare favorably with these first measurements of Lagrangian statistics of inertial particles in highly turbulent flows.     

直接模拟离散颗粒对湍流射流的影响

发展了一种基于双向耦合的直接数值模拟方法,研究了两相湍流射流中离散颗粒对气相射流的影响。流场采用高分辨率的算法直接耦合求解,颗粒相采用拉格朗日方法跟踪。结果表明不同Stokes数的颗粒对射流的影响不同。所有的颗粒都降低了射流速度半宽,但对流向平均速度剖面的影响比较复杂.Stokes数为0.01和50的颗粒降低了横向平均速度,使得湍流强度剖面变的更宽更低;而Stokes数为1的颗粒则增加了横向平均速度,降低了湍流强度。     

气固轴对称射流中固粒扩散的研究

由三维离散涡丝方法对气固轴对称射流场数值模拟的结果表明,当固粒 Ｓｔ数＜＜１时,固粒明显受到流场运动的影响; Ｓｔ＝ １时,固粒均匀分布在涡结构周围;当 Ｓｔ ＞＞１时,固粒受流场影响较弱。对涡环沿周向施以五个波长扰动时,固粒扩散范围较宽。     

高雷诺数气固湍流射流的直接数值模拟

本文对流动雷诺数 Re=5990的空间发展的气固两相湍流射流进行了直接数值模拟。其中对流场的求解采用具有四阶精度的紧致差分格式,对颗粒场的跟踪采用拉格朗日方法。结果表明,湍流拟序结构逐渐由对称模式发展到非对称模式;较小 Stokes 数的颗粒在流场中均匀分布,较大 Stokes 数的颗粒沿横向没有明显的扩散,而 Stokes 数为 1的量级的颗粒则大量聚集在大涡结构的外围。     

气固两相流动的数值计算

1前言两相流系统的研究主要有三种方法：宏观的连续介质理论（欧拉法）[1]、微观的运动理论、粒子运动的拉格朗日方法．和单相流动的主要差别在于，两相流动模拟要考虑两相间的相互作用，即耦合作用．如果载荷比较低，粒子的存在并不影响气流的速度场，但气流决定着粒子的轨道和参数的变化，这种情况叫单向耦合（one－waycoupling）．在早期的数值分析模型中，单相耦合假定常被人们采用。但当载荷比较高时，不但要考虑气相对粒子的影响，还要考虑粒子的存在对气流的影响，即双向耦合作用（two－waycoupling）[2]．这种两相间复杂的相互作用…     

高速流动PIV示踪粒子跟随性分析

通过理论推导提出了一种评价高速流动PIV示踪粒子随流能力的松弛特性分析模型,在法向Mach数大于1.4时具有良好的适用性.将新模型应用于试验测量,发展了高速流动PIV系统和示踪粒子布撒技术,验证了高速流动PIV的定量化测量能力.针对空间发展的二维超声速气固两相混合层,数值模拟了不同Stokes数和对流Mach数（M_c）下的粒子跟随性以及弥散和迁徙运动,结果表明:相同对流Mach数,粒径越小的示踪粒子跟随性越好,Stokes数在[1, 10]范围内的粒子有最大扩散距离.示踪粒子的直径大小决定其在超声速混合层大涡拟序结构中的分布特征,且粒径越小,气体与粒子的掺混越剧烈.相同粒径的粒子,对流Mach数越大跟随性越差.      

An immersed boundary–lattice-Boltzmann method for the simulation of the flow past an impulsively started cylinder

We present a lattice-Boltzmann method coupled with an immersed boundary technique for the simulation of bluff body flows. The lattice-Boltzmann method for the modeling of the Navier–Stokes equations, is enhanced by a forcing term to account for the no-slip boundary condition on a non-grid conforming boundary. We investigate two alternatives of coupling the boundary forcing term with the grid nodes, namely the direct and the interpolated forcing techniques. The present LB–IB methods are validated in simulations of the incompressible flow past an impulsively started cylinder at low and moderate Reynolds numbers. We present diagnostics such as the near wall vorticity field and the drag coefficient and comparisons with previous computational and experimental works and assess the advantages and drawbacks of the two techniques.     

Flow visualization and laser measurement on particle modulation to gas-phase turbulence

Particle modulation to turbulence is investigated experimentally by means of PDPA, PIV and flow visualization for a gas-particle two-phase jet flow. Large particles can enhance the small-scale vortex, so that gas-phase turbulence intensity is increased, while small particles may delay the rolling up of the gas vortex, so that gas-phase turbulence intensity is attenuated. The critical particle size range for such different effects is between 150 σm and 200 σm, corresponding to the Stokes number is between 88 and 157 under the present flow conditions. The PIV results show small particles can retain the gas-phase vortex structure, while large particles can break large vortex structure. The particle Stokes number is not the only judgment standard whether particles enhance or attenuate gas-phase turbulence. The CTI (Change of Turbulence Intensity) number can mark off particle modulation on turbulence in two-phase flow, but more studies are needed.