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.     

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．     

湍动雾化射流液雾粒径分布的数值模拟

对水在空气中湍动雾化射流的气液两相流场进行了数值模拟.其中,气体流场采用k-ε湍流模型进行模拟,给出了载气轴向速度的分布情况.对喷雾粒子的运动采用颗粒轨道法,建立粒子破碎和碰撞的数值模型,研究了液雾粒径在不同工况下沿轴向的变化趋势.数值模拟结果与实验结果在多种气液比下进行了比较,两者吻合较好.同时,分析了初始粒径和粒子总数及喷嘴尺寸对液雾粒径变化趋势的影响,讨论了有助于粒径均匀分布的条件.     

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。     

两相流气相湍流双时间尺度耗散模型

本文提出了两相流气相湍流变动的双时间尺度耗散模型,包括气相耗散率的双时间尺度耗散模型和两相速度关联的双时间尺度各向异性耗散模型。用所提出封闭模型模拟了旋流数为0.47的气粒两相流动,发现所提出的湍流变动模型对气相脉动速度的预报结果比原有的单时间尺度模型的预报结果有明显的改进,但是颗粒尾涡的作用仍然需要进一步研究。     

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.     

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.     

炉内两相流动和煤粉燃烧的双流体-轨道模型

本文首次用双流体一轨道（连续介质－轨道ＣＴ）模型对大尺寸四角喷燃炉内气粒两相流动及煤粉燃烧进行了模拟。该模型基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化的方程,对各子模型用ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ湍流燃烧模型,煤粉颗粒的水分蒸发,热解挥发和焦炭燃烧的扩散－动力模型,ＤＯ（离散坐标）辐射模型。采用了将坐标扭转一定角度的方法减小入口射流和网格斜交造成的伪扩散。编制了ＬＥＡＧＡＰ－ＦＵＲＮＡＣＥ－３程序,分别对冷态模型炉内两相流动和大尺寸炉内三维两相流动和煤粉燃烧进行了模拟,并与颗粒轨道（ＳＴ）模型的模拟结果进行了对照。采用ＰＤＰＡ对冷态模型炉内气粒两相流场进行了测量。冷态两相流动的模拟与实验结果的对比表明ＣＴ模型的模拟结果和实验符合较好,ＳＴ模型所得颗粒浓度分布和实验山入较大。热态模拟的结果给出了两相速度,气相温度,组分浓度和壁面热流分布。模拟结果定性合理。模拟结果显示在出口处由于气流旋转,有一局部高温区存在。     

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。     

模型燃气轮机燃烧室中三元两相反应流的数值计算

本文对于一种模型燃气轮机燃烧室中三元两相反应流流场进行了数值计算。在κ-ε双方程湍流模型中考虑了流线曲率的影响;在扩散火焰的k-ε-g湍流燃烧模型中采用了β函数作为混合分数f的概率密度函数;采用了6通量热辐射模型;在两相流模型中应用随机游动法考虑了颗粒的随机扩散。应用随机取样法考虑了液相的初始条件。计算预估了燃烧室中速度矢量,气相燃料浓度,液相燃料浓度,温度的分布以及油珠运动轨迹。与由实验得到的温度分布相比,表明计算是成功的。由作者发展的两相流模型有待实验进一步验证。     

可压稠密气固两相流动过程的模拟计算

基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立可压稠密气固两相流动模型。采用梯度模拟来考虑气相可压缩性对气相湍流的影响。模拟计算表明气固两相射流速度沿轴向和径向减小,颗粒浓度下降。气固两相射流具有高的颗粒温度,呈现强烈的气固两相湍流流动特性。     

用统一二阶矩模型模拟强旋湍流气粒两相流动的初探

本文初步探索用统一二阶矩（USM）两相湍流模型及K-ε-kp模型预报旋流数为1.5的轴向-切向进风、轴向供粉的强旋气粒两相流动，预报结果与实验的对比表明，USM模型在预报强族流动两相时平均切向速度场上优于K-ε-Kp模型，并且能够合理地给出与实验定性一致的两相湍流脉动的各向异性．     

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。     

颗粒增强湍流的新模型和气粒流动的湍流变动

用雷诺应力方程模型和极细的网格系对单个颗粒受湍流气体绕流进行了数值模拟,研究了改变颗粒直径和气体相对速度时颗粒增强气体湍流的规律.据此构造了颗粒尾涡增强气体湍流的新模型.将此子模型加入到两相流动模型中,对竖直和水平通道内气粒两相流动进行了数值模拟,和实验结果的对照表明,考虑颗粒尾涡增强气体湍流效应得到的气体湍流脉动速度的模拟结果比不考虑此效应的模拟结果好得多.     

用改进的随机轨道模型数值模拟突扩液固两相流动

用改进的随机轨道模型数值模拟了突扩湍流液固两相流动。两相的轴向速度和湍动能的预报结果与实验符合得很好,同时还给出了不同计算截面上颗粒数密度和质量流量合理分布．预报结果对计算颗粒数敏感程度的研究表明：与通常的随机轨道不同,改进的随机轨道模型只需要很少的计算颗粒就可以给出合理正确的颗粒相分布。     

底吹气体搅拌下熔池内流场的研究

本文对底吹气体搅拌下水模型熔池流场进行了研究。以流函数、涡量为主要应变量,采用K-8湍流双方程模型,气液两相区的浮力模型及边界条件构成数学模型,应用spalding计算湍流迥流的方法,数值求解得到熔池流场涡量、流函数、湍动能、湍动能耗散率、涡旋粘性系数、速度、含气率及密度等的分布,计算的速度分布及流谱与实验测定的相吻合。     

强旋气─粒两相湍流的统一二阶矩封闭模型

强旋气－粒两相流中两相的湍流均为强烈各向异性。本文由双流体模型出发，运用单相湍流的统计矩模拟方法建立了两相湍流的统一二阶矩封闭（ＵＳＭ）模型。这一模型是本文作者之一几年前提出的ｋ－ε－ｋｐ模型的发展，在此前已初具雏型，本文中进一步加以完善。ＵＳＭ模型正确反映了两相湍流的各向异性，并且更深刻地揭示了颗粒与流体的湍流相互作用的机理，是今后研究强旋气－粒湍流两相流动值得探讨的重要方向之一。     

方截面鼓泡床气液两相瞬态数值研究

在双流体模型中引入界面浓度输运方程,利用界面浓度和气泡平均Sauter直径模化各相间作用力。引入一附加 湍动能输运方程模化气泡诱导引起的液相湍流。利用该模型对方截面鼓泡床内气液两相流进行三维瞬态数值模拟。计算结 果表明该模型能较好得模拟方截面鼓泡床内气液两相流时均和瞬态流动特征。     

增湿活化反应器内气—液滴—固三相流场的数值模拟

本文给出了气—液滴—固三相流体的双流体模型下的各控制方程组。颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动能。模型中考虑了气、液滴和固相的相互作用以及液滴与固相的非弹性作用造成的能量传递和耗散。模型预测在增湿活化反应器内相速度和浓度等参数空间分布,以及操作参数、结构布置等对相速度等参数的影响。