惯性颗粒所见流场拓扑结构

本文采用直接数值模拟的方法从颗粒所见的流场拓扑结构这一角度探讨了颗粒在不同拓扑结构下速度统计特性.结果表明,不同惯性的颗粒所见流体的速度特性类似,在Top1和Top2结构中,随时间演化而减少,而在Top3和Top4结构中随时间有波浪性的增长;由于颗粒惯性的差异引起的轨道交叉效应不同,颗粒与颗粒所见流体速度的关联随颗粒增大而衰减加剧,在颗粒与流体相之间的能量传递中,不同拓扑结构明显不同,从颗粒加入时能量由颗粒相向流体传递,各拓扑结构的相对强度为Top2>Top4>Top1>Top3,演化到后期能量由流体相向颗粒相传递,相对强度为Top1>Top2>Top3>Top4;st=1.0和st=10.0的颗粒差别在于演化后期Top2和Top3相对强度的转变.     

气固两相槽道湍流拟序结构变动的PIV测量

运用粒子成像测速仪(PIV)对壁面雷诺数为Re_τ=430、质量载荷为0.25×10~(-3)～5×10~(-3)的110μm聚乙烯颗粒加入前后的水平槽道湍流变动进行了研究。实验结果表明低载荷下气相湍流变动源于颗粒对湍流拟序结构的作用。颗粒的存在抑制了湍流拟序结构的发展,使得湍流准流向结构长度减小、猝发频率降低、猝发强度减弱;另外,颗粒尾涡脱落还导致了壁面附近的气相剪切雷诺应力增强。     

气固两相各向同性湍流的自适应网格模拟

气固两相湍流是一个复杂的多尺度,多物理场的难题。为了捕捉流场的小尺度涡以及其对颗粒的作用,传统上采用了静态的高分辨率网格,消耗极大的计算资源。本文基于小波算法对网格进行加密或疏化,从而实现网格的自适应。基于自适应网格的框架上,建立颗粒与流场分块的映射,搭建了欧拉–拉格朗日的气固两相流模拟的并行平台。通过对均匀各向同性湍流的验证,在网络压缩率以及颗粒并行通讯上有着较好的性能,在高效模拟气固两相流领域有着良好的前景。     

水平槽道气固两相湍流边界层的PIV测量

本文运用粒子图像速度场测量仪(PIV)对水平槽道气固两相湍流边界层进行研究.实验雷诺数为Rer=444,选用两种粒径分别为60μm和110μm的聚乙烯颗粒作为固相,质量载荷控制在1×10-3.实验结果表明即便在较低载荷下,固相颗粒的存在仍然能比较明显地改变边界层的湍流属性以及拟序结构,而且可以发现在近壁面颗粒会削弱流向的湍流强度以及雷诺剪切应力.     

三维槽道两相流颗粒运动的大涡模拟

利用基于动态粘性亚网格模型的大涡模拟方法,分别模拟了Reτ=180的三维槽道湍流内的三种颗粒,以及Reτ分别为180和395时的塑料颗粒的运动状况。其中气相控制方程的求解采用分步投影方法,泊松方程采用基于FFT的快速求解,颗粒的拉氏控制方程采用二阶龙格-库塔积分．模拟统计得到了流体和颗粒的平均速度、脉动速度等,不同的颗粒在流场中(特别是近壁区)表现出来了不同的行为,并再现了颗粒在壁面附近局部富集的现象．随Reτ提高,颗粒各方向上的速度脉动都有所增强．     

气固两相对撞流颗粒运动特性分析

本文采用PIV两相同时测量方法,对低载荷气固两相双喷嘴对置撞击射流中的颗粒运动特性进行了研究。实验中轴向射流出口雷诺数为Re=14500,喷嘴内径为d=10 mm,喷嘴间距为L/d=12;颗粒相采用平均直径为dp=100μm的实心玻璃微珠,圆管加速段中的颗粒质量载荷控制为1%~4%。研究结果表明,低载荷下撞击射流中的颗粒间碰撞可忽略,颗粒浓度在喷嘴附近达到峰值;惯性使得颗粒轴向速度在穿入到反向射流前缓慢衰减,之后迅速减小;颗粒在撞击区形成高湍动区域,进而强化了颗粒相的混合效应。     

Scalar Statistics along Inertial Particle Trajectory in Isotropic Turbulence

The statistics of a passive scalar along inertial particle trajectory in homogeneous isotropic turbulence with a mean scalar gradient is investigated by using direct numerical simulation. We are interested in the influence of particle inertia on such statistics, which is crucial for further understanding and development of models in non-isothermal gas-particle flows. The results show that the scalar variance along particle trajectory decreases with the increasing particle inertia firstly; when the particle＇s Stokes number St is less than 1.0, it reaches the minimal value when St is around 1.0, then it increases if St increases further. However, the scalar dissipation rate along the particle trajectory shows completely contrasting behavior in comparison with the scalar variance. The mechanical-to-thermal time scale ratios averaged along particle, （r）p, are approximately two times smaller than that computed in the Eulerian frame r, and stay at nearly 1.77 with a weak dependence on particle inertia. In addition, the correlations between scalar dissipation and flow structure characteristics along particle trajectories, such as strain and vorticity, are also computed, and they reach their maximum and minimum, 0.31 and 0.25, respectively, when St is around 1.0.