下降管中稠密两相湍流的数值模拟

本文将统一二阶矩两相湍流模型和颗粒动力学理论结合,推导并封闭了稠密两相流考虑颗粒间碰撞的统一二阶矩两相湍流模型。该模型用颗粒动力学理论模拟颗粒之间的碰撞,用各向异性的统一二阶矩模型考虑气相和颗粒相的湍流脉动,并用输运方程描述气固两相湍流之间的相互作用。最后用该模型对下降管中的气粒两相流动进行了模拟,模拟所得的沿径向颗粒浓度分布和速度分布与实验吻合较好,预报结果也反应出了颗粒雷诺应力的各向异性。     

湍流燃烧二阶矩模型的大涡模拟验证

对美国Sandia国家实验室测量的甲烷-空气湍流射流火焰进行了三维大涡模拟(LES),其统计的时均量以及脉动量符合实验测量值,且和RANS代数二阶矩湍流燃烧模型模拟结果大致符合。LES统计得到的化学反应率系数脉动和甲烷浓度脉动的互关联与对应的时均量梯度的乘积分布趋势相同,大小幅值的位置也相对应,与二阶矩湍流燃烧模型的封闭假设相符,验证了二阶矩代数燃烧模型的合理性。     

旋流燃烧NO生成的USM湍流反应模型

用统一二阶矩(USM)湍流反应模型对不同旋流数下甲烷-空气旋流燃烧NO生成进行了数值模拟,并和EBU-Arrhenius(E-A)燃烧模型对燃烧的模拟结果和简化PDF湍流反应模型对NO生成的模拟结果以及相应的实验结果进行对比。结果表明,USM模型显著地优于E-A模型和简化PDF模型。E-A模型不能合理地模拟有限反应动力学,而简化PDF模型用两个单变量PDF的乘积代替联合PDF,大大地低估了NO湍流反应率。USM模型预报结果和实验结果符合最好。     

用视密度加权平均二阶矩模型模拟旋流两相流动

本文用视密度加权平均代替时平均,建立了视密度加权平均的统一二阶矩两相湍流模型方程组（ＭＵＳＭ）,其中用体积分数代替了数密度,用颗粒驰豫时间作为封闭两相脉动速度关联方程耗散项的时间尺度,并引入了颗粒视在的气体速度脉动的输运方程。用ＭＵＳＭ模型模拟了旋流数为０．４７的气粒两相流动。并和实验结果及时间平均的ＵＳＭ模型的模拟结果进行了对照,两种模型均能较好地预报的两相的轴向和切向速度,轴向和切向脉动速度。此外,ＭＵＳＭ模型可以减少所用方程数,节省计算量。因此视密度加权平均的统一二阶矩两相湍流模型是一种对时间平均的统一二阶矩模型的改进,今后可以进一步扩大应用。     

旋流对煤粉燃烧NO排放影响的数值模拟

本文用基于HCN释放的简化Solomon模型的NO生成湍流反应的统一二阶矩代数模型(AUSM)和煤粉燃烧的双流体模型,对不同旋流数下煤粉燃烧器内两相流动,煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟。模拟结果和文献中实验结果符合很好。模拟结果指出,随着旋流数的增加,NO的排放先减少后增加,燃尽率先增加后减小,和气体燃烧中得到的规律类似。     

甲烷-空气同轴突扩湍流燃烧的新二阶矩模型的数值模拟

用本文作者最近提出的湍流燃烧新二阶矩模型对无旋和有族情况下的轴对称甲烷-空气湍流燃烧进行了数值模拟,并将其结果和ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型和原来的二阶矩模型等湍流燃烧模型的模拟结果以及文献中实验结果进行了比较,对不同的模型进行了评价,结果表明新二阶矩模型较其它模型更合理。     

动态亚网格二阶矩湍流燃烧模型

在二阶矩亚网格燃烧模型的基础上,考虑了密度脉动,提出了动态亚网格二阶矩燃烧模型(Dynamic-LES-SOM)。在此模型中,反应项由平均反应项和亚尺度反应项组成,所有的系数都是通过动态计算得到。使用该模型对美国Sandia国家实验室Flame C进行了计算,并且与忽略密度脉动的二阶矩亚网格燃烧模型结果进行对比。结果发现,DynamicLES-SOM燃烧模型计算结果与实验值吻合得很好,较忽略密度脉动的二阶矩燃烧模型有所提高。     

旋流数对湍流燃烧中NO生成影响的研究

通过实验和用湍流燃烧二阶矩概率密度模型对不同旋流数下甲烷-空气湍流燃烧和NO生成进行了研究。在燃料中加入少量氨模拟燃料氮。研究结果表明,随旋流数的增大（由0到1）,热NO排放先上升后下降,而总NO和燃料NO排放则先下降后上升。旋流数增大使湍流强度先下降然后稍有上升,使进口附近温度先上升然后稍有下降。热NO的生成受温度的影响更大而燃料NO的生成受湍流的影响更大。     

湍流燃烧二阶矩模型的研究进展

湍流燃烧模型在燃烧过程数值模拟中十分重要。商业软件中仍然应用的简单模型,如EBU和预设PDF模型,常常不能很好地模拟有限反应动力学。目前通行的湍流燃烧模型,如层流小火焰模型和条件矩模型,只对一定的火焰类型和火焰结构的效果较好。PDF方程模型更通用,但计算量太大,用于大涡模拟更是如此。另一类是统计矩模型,即基于湍流模型的思路,用雷诺展开和取平均,封闭未知项的二阶矩模型,但是遇到了高度非线性的温度指数函数的困难。不同研究者采取了不同的近似处理,都低估了时平均反应率。作者彻底放弃各种近似方法,构建了终版的二阶矩模型,用于不同的单相和两相燃烧的雷诺平均模拟和大涡模拟,得到了实验验证和直接数值模拟的验证。     

非预混燃烧大涡模拟的代数二阶矩模型

一种改进的代数二阶矩燃烧模型被应用在Flame-D的大涡模拟中。代数二阶矩模型能够将化学反应速率的脉动项进行模拟,更准确地计算化学反应速率。在实际燃烧过程中,化学反应速率不仅与当地的温度以及组分浓度等相关,更与反应物的混合速率有密切的关系。研究考虑了亚网格尺度内混合速率对化学反应速率的影响,提出了改进的代数二阶矩模型。通过与相同模拟条件下的涡耗散概念模型的模拟结果以及实验结果进行对比,改进的代数二阶矩模型的准确性得到了验证,同时亚网格化学反应速率的模拟对总化学反应速率的影响也得到了研究。     

DSM-LPDF两相湍流模型及旋流两相流动的模拟

本文由流体－颗粒速度的拉氏联合概率密度函数（ＰＤＦ）输运方程出发,用Ｓｉｍｏｎｉｎ建议的Ｌａｎｇｅｖｉｎ模型封闭颗粒所遇到流体瞬时速度的条件期望项,并用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法直接求解 ＰＤＦ输运方程,将其和求解流体雷诺应力方程模型的有限差分方法结合,建立了雷诺应力－拉氏ＰＤＦ（ＤＳＭ－ＬＰＤＦ,简称ＤＬ）两相湍流模型．用此模型模拟了旋流数为０．４７的突扩旋流气粒两相流动,并与文献中ＰＤＰＡ实验和用类似于单相流动湍流模型封闭方法的时平均统一二阶矩（ＵＳＭ）模型的预报进行了对比．     

NO_x生成的有限反应速率二阶矩封闭模型

本文用有限反应速率二阶矩封闭模型对大速差射流燃烧室内煤粉燃烧过程中NO的生成进行了数值模拟，并将该模型的计算结果与Arrhenius模型的计算结果进行了比较，模拟结果表明，燃烧室中NO的生成是由燃料NO的生成机理来控制，Arrhenius模型计算得到的NO的浓度值高于有限反应速率二阶矩封闭模型的计算结果．     

间歇性大气湍流中光传播问题的近Gauss极限分析

间歇性是湍流的重要特征，多年来一直是湍流研究的核心内容之一.考虑大气湍流中的光传播问题，一般回避其间歇性，假设大气介电起伏满足Gauss统计.考虑大气湍流（内）间歇性 对光波传播的影响.考虑到大气介电起伏方差较小的事实，将光场统计矩方程在Gauss场附近 展开到四阶累计量，分析其近似解.进一步，以层次结构模型为基础，着重研究了光场二阶 统计矩的间歇性效应.研究表明，大气湍流间歇性对光场的影响很小. 关键词： 光波传播 大气湍流 间歇性     

Lineshapes of collision-induced absorption (CIA) and of collision-induced scattering (CIS) for monatomic gas mixtures of Ne-Ar

Quantum mechanical lineshapes of collision-induced absorption (CIA) at different temperatures and of collision-induced light scattering (CIS) at room temperature are computed for gaseous binary mixtures of neon with argon using theoretical induced dipole moment and pair-polarizability trace and anisotropy as input. Comparison with measured spectra of isotropic and anisotropic light scattering shows satisfactory agreement, for which the uncertainty in measurement of its spectral moments is seen to be large. Empirical models of the dipole moment and pair-polarizability trace and anisotropy which reproduce the experimental spectra and the first three spectral moments more closely than the fundamental theory are also given. Good agreement between computed and experinental lineshapes of both absorption and scattering is obtained when potential models constructed from the thermophysical, transport and spectroscopic properties are used.     

The use of a non-spherical reference potential in statistical mechanical perturbation theory

A statistical mechanical perturbation theory for the pair correlation function and thermodynamic properties of molecular fluids is presented in which the reference potential function is non-spherical. With this choice the short-range molecular repulsive forces can be properly taken into consideration and attractive forces, such as those resulting from electric moments, treated as the perturbation. Calculations are presented for the first-order perturbation term to the Helmholtz free energy due to quadrupolar forces in models of liquid nitrogen and chlorine, and due to dipolar forces in liquid hydrogen chloride. For these calculations the rigid diatomic model and its modification appropriate to heteronuclear molecules were used for the reference potentials. It is found that the lowest-order perturbation terms here are proportional to the second power of the dipole or quadrupole moments, and not the fourth power as had been found previously using a spherical reference potential function. This second-order dependence on the electric moment is especially important in the case of mixtures, where it leads to an explanation for the occurrence of negative azeotropes in binary mixtures of species with quadrupole moments of opposite sign.     

基于拓展分离变量法的非傅里叶传热研究

常规的分离变量方法不能求解非傅里叶传热模型问题,本文对常规分离变量法进行拓展,利用拓展后的方法求解热传导的傅里叶模型,单相位滞后（C-V）模型和双相位滞后（DPL）模型,比较利用三种模型计算温度场的差别.研究C-V模型和DPL模型中温度波动的规律,得到温度波动速度和热流量时间滞后值的关系.     

Modeling subfilter soot-turbulence interactions in Large Eddy Simulation: An a priori study

A new LES model for subfilter soot-turbulence interactions is developed based on an a priori analysis using large-scale DNS data of temporally evolving non premixed n-heptane jet flames at a jet Reynolds number of 15,000. In this work, soot formation is modeled in LES by solving explicit transport equations for soot moments, and the unclosed filtered soot moment source terms are closed by a presumed PDF approach. Due to the strong intermittency of soot fields, a previous modeling approach assumes the presumed PDF to be bimodal accounting for sooting and non-sooting subfilter regions but neglects any sub-structure of the soot distribution. In this work, the modeling framework is improved by a new presumed PDF model that explicitly accounts for the sub-structure of the sooting mode, which is modeled by a log-normal distribution. The previous and new models are assessed by means of their prediction of the filtered source terms and the filtered intermittency, and the log-normal distribution is found to significantly reduce modeling errors, in particular, for the coagulation source term. Introducing a log-normal distribution for the PDF of the sooting mode involves a large amount of additional model parameters, such as the width of the distribution and correlation coefficients among different soot moments, so model assumptions to reduce the number of model parameters are discussed by means of the DNS data. The conclusions are found to be robust with respect to a variation in the global Damköhler number in the DNS datasets. The final model formulation only requires solving two additional transport equations in LES compared to previous models, while significantly improved model predictions are obtained for the coagulation source term which is import for predicting the number of soot particles.