水平槽道内湍流变动的PTV实验研究

本文采用PIV测量技术研究充分发展水平槽道内的两相湍流的变动规律(Re=590)。首先将单相湍流的测量结果与文献中DNS的结果进行了比较,证明了PIV测量湍流脉动的可行性,并通过引入PTV算法获得了近壁对数边界层内的湍流量。对两相流动的测量结果表明,即使在1％的低颗粒质量载荷下,气体湍流已有明显的变动,并且壁面附近和槽道中心的变动规律不同。     

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。     

利用顶部柔膜颤振抑制三维方形棱柱气动力

通过风洞实验研究了高宽比H/d=5的正方形棱柱顶部柔性薄膜颤振对柱体气动力特性的影响规律.模型宽度为40 mm,来流风速4~20 m/s,对应Reynolds数为10 960~54 800.柔性薄膜为厚度0.04 mm的高压聚乙烯膜,长度l=0.5~4 cm不等.实验发现,柔性薄膜的振动状态对三维方柱气动力特性有显著影响.低风速下,柔性薄膜不发生颤振,其对方柱气动力影响不大;随风速的增加,柔性薄膜发生颤振,方柱的时均阻力、脉动阻力和脉动侧向力最多分别减少约5%,25%和60%.柔膜发生颤振的临界风速随其长度增大而减小.只要柔膜发生颤振,其对柱体气动力的影响都是类似的,与其长度无关.流动可视化实验发现,薄膜的颤振改变了方柱绕流场,使柱体上半部分的反对称展向漩涡变为受膜拍动控制的对称结构,且越靠近自由端,此现象越明显.      

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.     

湍流两相流的脉动速度联合PDF输运方程

概率密度函数（PDF）的方法是构造两相湍流模型的一种重要的方法.构建气体-颗粒速度联合PDF输运方程的关键是颗粒所见气体微团速度的Langevin方程.首先由N-S方程出发,精确推导出颗粒所见气体微团脉动速度的Langevin方程,进而通过理论分析表明,对比通常采用的颗粒所见气体微团瞬时速度的Langevin方程而言,采用前者能有效地减少关联量的统计偏差.最后,给出了颗粒-气体脉动速度的联合PDF输运方程.     

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.     

有限长正方形棱柱绕流的双稳态现象

运用大涡模拟(large eddy simulation, LES) 方法对有限长正方形棱柱绕流进行了研究. 棱柱高宽比为5,一端固定于平板上,另一端为自由端. 平板表面边界层厚度可忽略不计. 基于自由流速度和棱柱宽度的雷诺数为3 900. 由计算结果发现,有限长棱柱的尾流在自由端后下扫流的作用下具有显著的三维性. 尾流中会交替出现两种典型的流动状态:一种是柱体两侧所脱落的涡在尾流中形成类似卡门涡街的交错排列状态;另一种是柱体尾流中涡团对称分布且无明显的周期性. 两种典型流动状态的交替出现,对有限长棱柱气动力特性有直接的影响.