旋流泵无叶腔内盐析颗粒湍流脉动特性研究

盐析晶体颗粒脉动特性是研究湍流输运状态下盐析过程的重要问题之一.为探索泵内盐析晶体颗粒湍流脉动规律及其对液相流场的影响,采用相位多普勒粒子速度场仪对旋流式输送泵无叶腔内的盐析湍流流场进行了测量,通过对改变泵运行工况、运行介质温度后颗粒脉动速度分布情况的分析,初步掌握了无叶腔中盐析晶体颗粒的湍流脉动特性;同时,讨论了晶体颗粒存在对液相湍流结构的影响。实验结果表明,随着流量的增加,颗粒的周向、径向及轴向脉动速度相应提高;盐析颗粒脉动速度值随温度发生变化,较高温度时速度脉动也较大;在一定条件下,盐析晶体颗粒表现出抑制湍流的行为。     

各向异性颗粒PDF输运方程及其颗粒湍流扩散

根据Minier的模型,获得颗粒所见流体脉动速度的朗之万模型,并推导颗粒所见流体湍流脉动速度自关联函数,该函数具有各向异性的特征,进一步由流体脉动速度朗之万模型和颗粒运动方程获得相应的颗粒PDF输运方程.为描述在网格生成湍流中的颗粒扩散运动,将颗粒PDF输运方程作相应的简化,获得一个具有颗粒湍流各向异性的解析解,将方程的解与Wellsand Stock的颗粒湍流扩散实验结果进行比较,获得了很好的结果.揭示了具有各向异性特征的颗粒PDF输运方程的优越性.     

圆锥料仓内颗粒周期性脉动特征研究

料仓卸料过程中的颗粒脉动会引起料仓振动甚至导致结构失效.为了明晰颗粒脉动特征,本文进行了椭球颗粒在不同半锥角深仓的模拟卸料实验,将料仓圆筒部划分为4个固定区域以研究区域内颗粒的运动信息,分析了料仓圆筒部颗粒系统的运动特征.研究结果表明:整个卸料过程颗粒速度始终处于波动变化中,卸料前期表现为大振幅、周期性的剧烈脉动,卸料后期平均速度的变化则是小振幅无规律的波动;剧烈脉动时段各区域的颗粒层平均受力的变化规律与颗粒速度脉动特征相似,越接近储料顶端颗粒脉动振幅越大,表现出更规律的周期性脉动,相邻颗粒层间的脉动波形相似且周期相同,剧烈脉动过程中顶面颗粒呈周期性的自由落体运动,该时段内顶层颗粒每一次的自由落体运动都会引起该范围内颗粒间接触力消失;料仓半锥角越小时剧烈脉动频率越高、振幅越大且脉动持续时间也越长,卸料速度越稳定,且颗粒速度不会出现带有上升趋势的波动.研究结果可为卸料设备的安全设计提供参考.     

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.     

采用一维湍流模型对瞬态煤粉气化火焰的数值模拟

煤的气化火焰中,湍流脉动与煤颗粒气化过程间存在着强烈的相互作用。为了在全尺度范围内直接模拟这种相互作用,本文采用一维湍流模型(ODT)与煤的气化过程相耦合,在Kolrnogorov尺度下对煤气化火焰区域进行数值模拟,得到了二维平面煤气化火焰的瞬态结构。模拟结果表明,大尺度涡团能够显著改变火焰的结构,并诱发局部小尺度涡团的产生。颗粒粒径决定湍流-气化过程作用的尺度范围,粒径较小的煤颗粒容易受到气体温度和速度脉动的影响,从而改变其运动轨迹和气化反应进程。     

湍流预混火焰的时间和空间分形特性研究

1引言湍流燃烧过程是一个强烈的非线性动力学过程，用于描述湍流燃烧的诸多特性参数表现出随机脉动的特点，对于传统参量的分析处理也只能停留在时均平均加脉动项的概率统计上，不论从时间、还是空间角度都显粗糙。Damkohler[1]早在1942年提出了火焰结构与湍流燃烧速度的内在联系，引导人们将注意力转向火焰形状结构的研究上。图像计算机技术的兴起为实时获得湍流火焰结构参数创造了条件。Boyer[2]在研究高强度湍流燃烧时发现，由于脉动造成的复杂火焰表面已不能用传统的Euclidean几何加以描述。分形理论不仅可以用细微尺度规划几何结构，…     

改进的随机轨道模型

在随机轨道模型中,由于气相脉动速度对分散相颗粒作用的间歇性,使得井非在控制体内轨道上的每一点都可以代表该轨道参与颗粒相平均特性的统计计算,从而出现随机轨道模型往往低估颗粒相湍流脉动的情况．为此,本文提出了一种改进的随机轨道模型,在该模型中,分散相的时平均量在由其自身湍流脉动所确定的随机轨道上输运．与常用的随机轨道模型相比,其具有计算量小、计算结果合理且易于得到和分散相入口湍流脉动状况易于考虑等特点．对一简单已知流场的预报结果合理正确,克服了常用的随机轨道模型低估颗粒相湍流脉动的困难．     

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．     

横向粗糙元壁面槽道湍流的大涡模拟研究

采用大涡模拟和浸没边界法相结合对不同高度和不同间距横向粗糙元壁面槽道湍流进行了模拟,得到了光滑壁面和粗糙壁面湍流的流向平均速度分布,雷诺剪切应力,脉动速度均方根和近壁区拟序结构。结果发现横向粗糙元降低了流向平均速度,增大了流动阻力,粗糙壁面湍流的雷诺剪切应力大于光滑壁面。粗糙元降低了流向脉动速度,增强了展向和法向脉动速度。粗糙元高度越高,对湍流流动影响越大,而粗糙元间距对湍流统计特性的影响不大。粗糙壁面仍然存在着和光滑壁面类似的条带结构。     

气泡-液体多股射流二阶矩两相湍流模型的模拟

本文采用二阶矩两相湍流模型模拟了气泡－液体闭式多股射流。研究结果显示出预报的两相速度、雷诺应力和气泡体积分数分布的合理性，以及在速度较高和剪切较强的情况下，气泡湍流脉动仍然大于液体湍流脉动，气泡增强液体湍流，气液两相湍流脉动均存在各向异性，而且气泡脉动的各向异性比液体脉动的大等规律。     

Rotation effect on near-wall turbulence statistics and flow structures

Turbulent flow in an axially rotating pipe, involving complicated physical mecha- nism of turbulence, is a typical problem for the study of rotating turbulent flow. The pipe rotation induces two effects on the flow. One is the stabilizing effect due to the centrifu- gal and Coriolis forces, which accounts for the relaminarization of the turbulence[1—3] and the reduction of the friction coefficient at the pipe wall. The behavior is also related to the wall streaks inclining to the azimuthal di…     

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基于Hasegawa-Wakatani湍流模型,数值模拟了托卡马克边缘等离子体中漂移波湍流和相关的反常粒子输运.从等离子体动量守恒方程出发导出了不采用常规的布辛涅斯克近似的带状流方程,论证了大振幅密度扰动和湍性粒子流对激发带状流的贡献可等效地对应于低阶负粘滞阻尼效果.数值模拟表明,大振幅密度扰动的非线性大大增强了带状流饱和振幅,从而有效抑制了湍性粒子输运.研究结果阐明了托卡马克边缘等离子体大振幅密度扰动的非线性对驱动等离子体旋转、动量输运和带状流的重要性.     

托卡马克边缘湍流中带状流的负粘滞阻尼

基于Hasegawa-Wakatani湍流模型,数值模拟了托卡马克边缘等离子体中漂移波湍流和相关的反常粒子输运。从等离子体动量守恒方程出发导出了不采用常规的布辛涅斯克近似的带状流方程,论证了大振幅密度扰动和湍性粒子流对激发带状流的贡献可等效地对应于低阶负粘滞阻尼效果。数值模拟表明,大振幅密度扰动的非线性大大增强了带状流饱和振幅,从而有效抑制了湍性粒子输运。研究结果阐明了托卡马克边缘等离子体大振幅密度扰动的非线性对驱动等离子体旋转、动量输运和带状流的重要性。     

Magnetic helicity tensor for an anisotropic turbulence

The evolution of the magnetic helicity tensor for a nonzero mean magnetic field and for large magnetic Reynolds numbers in an anisotropic turbulence is studied. It is shown that the isotropic and anisotropic parts of the magnetic helicity tensor have different characteristic times of evolution. The time of variation of the isotropic part of the magnetic helicity tensor is much larger than the correlation time of the turbulent velocity field. The anisotropic part of the magnetic helicity tensor changes for the correlation time of the turbulent velocity field. The mean turbulent flux of the magnetic helicity is calculated as well. It is shown that even a small anisotropy of turbulence strongly modifies the flux of the magnetic helicity. It is demonstrated that the tensor of the magnetic part of the alpha effect for weakly inhomogeneous turbulence is determined only by the isotropic part of the magnetic helicity tensor.     

两相壁面射流PDF方程有限分析方法及数值模拟

提出求解位置-速度相空间中高维两相流PDF(probability density function)方程的有限分析方法,将位置-速度相空间颗粒PDF方程约化到速度空间,并解析求解,颗粒的位置PDF用轨道方法求解.对壁面射流两相流动进行数值模拟,并与颗粒雷诺应力轨道方法进行比较计算,结果优于颗粒雷诺应力轨道方法.     

Coupled radiation and turbulent multiphase flow in an aluminised solid propellant rocket engine

We present in this paper numerical simulations of coupled radiative transfer and turbulent flows at high temperature and pressure, typical of multiphase flows encountered in aluminised solid propellant rocket engines. The radiating medium is constituted of gases and of liquid or solid particles of oxidised aluminum. The turbulent flow of the gaseous phase is treated by using a four equation, low Reynolds number, boundary-layer-type turbulence model. The distributions of concentrations, temperatures, and temperature fluctuation variances of particles are calculated from a Lagrangian approach and a turbulence dispersion model. Thermal and mechanical non-equilibrium between the gas and different classes of particles is allowed. A locally one dimensional, iteratively based, radiative transfer solver is developed to compute wall fluxes and radiative source terms. It is shown that the thermal boundary layer attenuates significantly the radiative fluxes coming from the outer regions. Particle radiation is found to be much more important than gas radiation. Turbulent dispersion of particles in the boundary layer induces a decrease of particle concentration in the region of maximum turbulent kinetic energy, and then, decreases the attenuation effect of wall fluxes due to the boundary layer. The effects of turbulent temperature fluctuations are found to be small in the problem under consideration.     

Influence of the static Dynamic Ergodic Divertor on edge turbulence properties in TEXTOR

Systematic measurements on the edge turbulence and turbulent transport have been made by Langmuir probe arrays on TEXTOR under various static Dynamic Ergodic Divertor (DED) configurations. Common features are observed. With the DED, in the ergodic zone the local turbulent flux reverses sign from radially outwards to inwards. The turbulence properties are profoundly modified by energy redistribution in frequency spectra and suppression of large scale eddies. The fluctuation poloidal phase velocity changes direction from electron to ion diamagnetic drift, consistent with the observed reversal of the Er x B flow. In the laminar region, the turbulence is found to react to an observed reduced flow shear.     

磁流体管流的直接数值模拟研究

在开源的CFD 工具包OpenFOAM 环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器,对 2π ×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。     

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在开源的CFD工具包OpenFOAM环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器,对2π×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。     

湍流理论的近代发展

这篇论文的内容是关於不可压缩流体的湍流理论近代发展的综合性介绍舆分析。我们首先评述了根据Reynolds的平均运动方程所建立的混合长度理论。其次,分析关於均匀各向同性湍流的主要理论工作。第三,讨论了运用Reynolds的平均运动方程和根据速度涨落方程求得的速度关联函数的动力学方程来处理具有Reynolds剪应力的普通湍流运动问题。同时说明这个方法虽然能够给出比混合长度理论舆实验较为接近的理论结果并能提出速度涨落平方平均值的理论分布,但是由於在求出的速度关联的动力学方程中出现高次元的速度关联,它继续地导致不封闭的微分方程组因而遇到不易克服的困难。因此,从以上湍流理论发展的回顾和最近关於均匀各向同性湍流在后期衰变运动的涡性结构工作,我们在最后提出了对今后湍流理论研究工作的新看法:湍流运动的基本组成部分是流体粘性作用所引起的涡旋运动;这个涡旋运动的动力学根据是用平均的方法后Navier-Stokes方程所导出的Reyonlds的平均运动方程典带度涨落方程。我们并着重说明Reynolds认识到湍流运动可分作平均运动与涨落运动的重要性。今后的理论工作则在於求这两组动力学方程的涡旋运动解,而这种类型的解并须满足像Колмогоров在高Reynolds数运动的局部各向同性湍流理论中所提出的统计条件,方能使解满足惟一性并可舆实验结果相比较。