圆管突扩气固两相流动湍流变动研究

采用PDA测量竖直向下圆管突扩流动中的气相与颗粒相运动参数,研究了小颗粒(55.2μm)、低雷诺数(1.98×10~4)的稀疏流动中湍流变动的规律。结果表明,在主流区和回流区中,颗粒均削弱气相脉动,而在下游则出现增强的现象,这是由于颗粒延缓了突扩流动的发展所致.在入口段的壁面剪切区域,湍流削弱幅度与平均速度梯度呈线性关系;由于壁面的限制,回流区内的剪切作用沿流动方向逐渐增强,使得相应的各横截面内气相脉动的最大值基本保持不变,同时整体脉动程度增强.     

圆突扩两相流中气相脉动速度与速度梯度的关系

采用PDA对三种不同颗粒质量载荷的竖直向下圆管突扩流动进行了测量,发现在剪切较强的突扩发展区中气相脉动速度与速度梯度存在线性关系.采用强剪切流假设,进一步对管流中气相湍流的理论推导得到了与实验结果一致的结论.理论分析表明,颗粒浓度较小时,颗粒对气相湍流作用较弱,单相流中气相脉动速度与速度梯度的线性关系得以保持.同时推测,当增大颗粒浓度,颗粒对气相湍流的非线性作用增大,气相脉动速度与速度梯度的线性关系消失.对经典文献中的实验数据进行分析,验证了以上推论.     

三维湍流气粒两相流的k—ε—k_p模型

本文用气粒两相流双流体模型,气相湍流的k-ε模型及颗粒湍能k_p输运方程模型,即k-ε-k_p模型,对大速差射流燃烧室内三维回流湍流气粒两相流动进行了模拟,给出了各纵剖面内气相及颗粒时均轴向速度分布、气粒两相各自的湍流强度分布、颗粒轴向质量流分布及各横截面内气粒两相时均周向速度分布。预报结果与激光多普勒仪测量结果定性上类似,特别是正确地预示出实验中观测到的流场某些区域内颗粒湍流度大于气相湍流度的现象,又一次表明,全面计及颗粒湍能输运过程的模型比经典的局部追随的颗粒湍能代数模型更合理。     

旋流两相流动的DSM—PDF两相湍流模型

本文提出了气相雷诺应力方程模型和颗粒概率密度输运方程模型相结合而构成的ＤＳＭ—ＰＤＦ两相湍流模型,并用该模型和ｋ－ε－Ｋｐ模型模拟了文献中测量的旋流数为０．４７的旋流突扩气粒两相流动．和测量结果的对照表明,两模型都能较好地模拟族流数不高的两相流动平均速度场,但ＤＳＭ—ＰＤＦ模型可以揭示出两相湍流的各向异性,因此有预报强旋两相流动的潜力．     

用PIV测量水泵开敞吸水池内突扩流动

吸水池内的涡旋流动将引发泵的振动、空化、空蚀和泵的效率下降,严重时会导致泵站不能正常工作,本文用PIV测量水泵开敞吸水池内突扩流道速度分布,实验表明流体通过突扩流道,整个流场可分为三个区域:主流区、过渡区和回流区.沿流动方向主流区速度相对较大,回流区速度相对较小,过渡区速度介于两者之间.涡带主要产生在靠近吸水池两侧壁,随着流动区域的扩展,靠近侧壁的涡流将消失.     

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟周力行，林文漪，廖昌明（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：湍流两相流，数值模拟为提高整体式冲压发动机双侧进气突扩燃烧室火焰稳定能力，我们提出了进气管内装设有切向导角的中心管。流场显示及Ｌ...     

两相圆湍射流大颗粒调制作用的PDPA实验研究

采用相多普勒颗粒分析仪(PDPA)测量了雷诺数为8500的两相圆湍射流速度场,研究了两种大粒径颗粒对湍流的调制作用.发现在相同气载比条件下,大粒径颗粒加入后,在射流近场区域(X/D<10)气相湍流度增强,沿着射流中心轴线轴向和径向气相湍流度增强;较小粒径颗粒加入后削弱气相湍流度.在射流远场X/D=20截面,较大粒径颗粒的加入会削弱气相湍流度,但其削弱程度不如小粒径颗粒.随着粒径的增大,两相射流湍流的气相湍流度进一步增加.     

旋流和无旋突扩流动的LES和RANS模拟

本文用smagorinsky-Lilly亚网格尺度湍流模型对旋流突扩流动(s=0.53)和无旋突扩流动(s=0)进行了大涡模拟(LES模拟),同时分别用压力应变项为IPCM和IPCM+Wall模型的雷诺应力方程模型进行了RANS模拟,和LES的统计结果对比。LES的统计结果与雷诺应力模型的模拟结果及实验对照表明,LES结果与实验结果的吻合比雷诺应力模型的好,说明所用的亚网格尺度湍流模型对旋流流动是适用的,LES结果是可信的。LES的瞬态结果揭示出在旋流作用下,流场中存在复杂的旋涡脱落现象。大涡结构极易破碎成小涡,而在无旋突扩流动的情况下,由于剪切的作用更强,大涡结构的尺寸和范围比旋流流动的要大。     

超临界二氧化碳在突扩管中对流换热的流动特性研究

对流动分岔后的超临界二氧化碳在平面对称突扩管中进行强迫对流换热进行了数值模拟,研究了热流密度在流体发生流动分岔现象后流动特性的影响。计算结果表明:随着热流密度的增加,临界雷诺数和转换雷诺数减小,流动稳定性遭到削弱;对应于相同的雷诺数,由于流动分岔引起的不对称压力分布随着热流密度的增加对应于突扩管上、下半部有不同变化规律,这使得对应回流区的大小分别减小和增大。     

小流量工况下微小型泵内部流场数值模拟及LIF-PIV实验研究

本研究利用二维粒子图像测速技术(PIV),并结合激光诱导荧光(LIF)的示踪颗粒技术,成功地测量了小流量工况下微小型离心泵的内部流场,得到了泵内喉舌区和叶道间的瞬时流场,并且用标准k-ε湍流模型对试验工况进行计算.LIF示踪颗粒的使川成功地消除了近壁和角Ⅸ的激光反光干扰,近壁区测试数据得到改善.试验和计算结果证明,标准k-ε湍流模型对小流量工况下的泵的性能预测非常准确但是对于捕捉流动细节信息来说,则显得不是很合适.LIF-PIV测量揭示了微小型离心泵在小流量工况下,喉舌处存在大量的回流区域而且不同的叶道的流动状态也不相同.     

超声速层流/湍流压缩拐角流动结构的实验研究

在Ma=3.0的超声速风洞中, 分别对上游边界层为超声速层流和湍流, 压缩角度为25°和28°的压缩拐角流动进行了实验研究. 采用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了流场整体和局部区域的精细结构, 边界层、剪切层、分离激波、回流区和再附激波等典型结构清晰可见, 测量了超声速层流压缩拐角壁面的压力系数. 从时间平均的流场结构中测量出分离激波、再附激波的角度和再附后重新发展的边界层的增长情况, 通过分析时间相关的流场NPLS图像, 可以发现流场结构随时间的演化特性. 实验结果表明: 在25°的压缩角度下, 超声速层流压缩拐角流动发生了典型的分离, 边界层迅速增长失稳转捩, 并引起一道诱导激波, 流场中出现了K-H涡、剪切层和微弱压缩波结构, 而超声速湍流压缩拐角流动没有出现分离, 湍流边界层始终表现为附着状态; 在28° 的压缩角度下, 超声速层流压缩拐角流动进一步分离, 回流区范围明显扩大, 诱导激波、分离激波向上游移动, 再附激波向下游移动, 分离区流动结构复杂, 相比之下, 超声速湍流压缩拐角流动的回流区范围明显较小, 边界层增长缓慢, 流场中没有出现诱导激波、K-H涡和压缩波, 流动分离区域的结构也相对简单, 但分离激波的强度则明显更强. 关键词： 压缩拐角 层流 湍流 流动结构     

导电突扩管中磁流体管流的数值模拟

采用基于OpenFOAM环境自主开发的低磁雷诺数磁流体求解器,对45°和90°突扩矩形管中液态金属流体在受到垂直流向的外加磁场作用时的速度、感应电流、压力的分布及突扩位置处的MHD三维现象进行数值模拟.结果表明：磁场沿突扩方向时,由于无回流涡,45°比90°突扩管在肩部位置速度分布更优.哈特曼数增大,强射流和突扩结构,在突扩肩部位置引发流动的不稳定性.伴随感应电流的不稳定,流动不稳定发展到突扩位置上游.磁场沿垂直突扩方向时感应电流的三维效应显著.哈特曼数增大,MHD压降显著增大.同方向磁场和相同哈特曼数,不同突扩角度的三维无量纲压力梯度无明显差异.     

两相湍射流喷口附近湍流度影响因素研究

本文采用PDPA设备测量了不同材料(玻璃微珠和铜粉)、不同粒径(250μm和75μm)颗粒存在的条件下,两相圆湍射流中气相湍流度的分布.给出了喷口附近两相流中气相湍流度变化的规律.测量结果表明在喷口附近区域,速度梯度的变化是影响气相湍流度变化的主要因素.     

有旋和无旋气固两相湍流的不同结构

了解有旋和无旋突扩气粒两相详细湍流结构对控制燃料-空气混合、火焰稳定以及燃烧污染物生成很重要.周力行等曾经对其中的两相时平均流场和湍流特性进行过雷诺平均的RANS模拟和测量的研究,但是BANS模拟不能给出详细的两相湍流的瞬态结构.本文建立了二阶矩两相亚网格尺度应力模型,对有旋和无旋同轴突扩气粒两相流动进行了双流体大涡模...     

微小通道内气体突扩阻力特性的实验研究

采用缝隙测压方法,测量了内径从0.245 mm到0.850 mm的三种不同面积比的微通道内氮气和氦气突扩时的局部阻力损失.结果表明,两种气体的局部阻力系数不同.在层流阶段,微通道内的两种气体突扩阻力系数都要高于常规管的值,氦气的突扩阻力系数还高于氮气的阻力系数.而在湍流阶段,由于气体的可压缩性,突扩阻力系数随雷诺数的增大而增大.而且通道面积比越小,突扩阻力系数增加的幅度越大.     

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。     

气固两相圆湍射流颗粒对气相流动的影响

采用PDA测量气固两相圆湍射流中轴线上的气相轴向平均速度及轴向和径向湍流强度,并与相同出口速度的单相射流进行比较。研究不同颗粒对气相的调制作用。喷口直径为20 mm,出口Re为13600。采用了从50μm到300 μm不同平均直径的六种密度为2500 kg/m3玻璃微珠作为颗粒相。各组实验质量气载比为0.5。结果表明不同粒径的颗粒对两相流场中气相的平均速度、轴向和径向湍流强度均有不同影响。150μm以下的颗粒对气相湍流有明显抑制作用, 200μm以上颗粒对气相湍流有加强作用。颗粒对气相湍流调制规律的分界取与颗粒随拟序结构扩散的分界不同。     

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.     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

湍流两相流动及燃烧的统一关联矩封闭模型

湍流两相流动及燃烧的模拟中常用的各个子模型,如k-8气相湍流模型,Hinze-Tchen颗粒湍流模型及EBU-Arrhenius湍流燃烧模型等,不能正确地反映旋转流与浮力流的各向异性,颗粒气体的湍流相互作用及有限反应率与湍流间相互作用,这些模型在性质上的不同造成理论上不协调和数值解法及程序编制上的不便,本文按作者及其同事们多年的研究经验,把单相湍流代数应力模型的思路推广于有反应两相流中,用统一的关联矩封闭方法处理气相湍流,颗粒湍流及气相湍流燃烧,以便更合理而经济地解决实际工程问题。