湍流两相流动有燃烧颗粒相概率密度函数输运方程理论

由有燃烧的湍流气粒两相流动的瞬态方程和统计力学概率密度函数概念出发,推导了有燃烧颗粒相的质量－动量－能量联合概率密度函数（ＰＤＦ）输运方程,并对方程中条件期望项用梯度模拟概念进行了模拟封闭。封闭后的ＰＤＦ方程可作为建立颗粒拟流体模型方程和封闭二阶矩模型的基础,也可以通过Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ 法求解用以直接计算颗粒雷诺应力和湍流动能,以便和二阶 矩模型的结果相对照,改善二阶矩模型。     

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．     

k－ε－PDF两相湍流模型和台阶后方气粒两相流动的模拟

本文提出了两相湍流的ｋ－ε－ＰＤＦ模型。ＰＤＦ模型所得的湍流两相流动的统计平均方程，与雷诺时均方程有相似的形式，但ＰＤＦ模型可精确计算出颗粒相各方程的脉动关联项。本文将该模型用于预报台阶后方湍流两相流动，与ｋ－ε－ｋｐ模型相比，它可以更合理地预报出颗粒湍流的各向异性。     

基于拉氏概率密度的两相湍流二阶矩模型

用颗粒运动的拉氏分析和PDF方法,改进了颗粒相的二阶矩模型。由拉氏两相运动的随机微分方程出发,采用随机过程分析和信号分析法得到湍流两相流动的PDF输运方程,双流体模型方程和两相脉动速度相关的基本模式的封闭式,和用其它方法导出的方程与封闭式的结果一致,对封闭式作了重要的改进,在分析颗粒轨道上的流体湍流作用时间时,全面地引入拉氏分析的轨道穿越效应、惯性效应、连续效应和湍流的各向异性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

PDF方程中小尺度混合模型的研究

１引言用求解速度和化学热力学参数（标量）联合几率密度函数（ＰＤＦ）输运方程的方法计算湍流燃烧问题时,我们无需模拟平均化学速率项,任何复杂的化学反应机理都可以精确求解,并能提供包括自由基在内所有组分的信息,很有发展前途。为减少计算量,国内外不少学者采用用统计矩湍流模型（如ｋ一。模型）计算流场,而用ＰＤＦ方法计算化学热力学参数的方法。当然,用统计矩与求解标量ＰＤＦ方程相结合方法还需对脉动速度引起的ＰＤＦ在物理空间的输运以及分子混合引起的ＰＤＦ在相空间的输运这两项进行模拟。后一项即小尺度混合项的模拟的…     

气固两相混合层流场双向耦合的数值研究

采用双向耦合模型对有涡配对的二维气固两相混合展数值模拟,在考虑颗粒对流场反作用基础上进一步对颗粒间通过流体的相互作用进行分析。流场用拟谱方法求解,颗粒用颗粒轨道模型跟踪。结果发现,流场中大涡卷起和配对仍居主导地位;颗粒Ｓｔ数为Ｏ（０．１）～Ｏ（１）时,颗粒减弱了流场雷诺应力强度,加快涡量扩散; Ｓｔ数为Ｏ（１）时,颗粒分布极不均匀,主要集中在渴的边缘．     

平板混合层流动中两相脉动关联矩的大涡模拟

在气粒两相平板混合层流动中,对气相流动采用大涡模拟,对颗粒相流动采用轨道模拟,研究了两相脉动关联矩。由两相各自瞬时速度出发可以直接获得两相脉动关联矩的统计结果。模拟获得的颗粒相一阶矩、二阶矩以及两相脉动关联矩与实验结果定量符合,表明基于细观模拟是不通过模型获得和研究两相脉动关联矩的可行途径。     

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。     

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.     

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。     

使用扩散模型数值模拟二维湍流气固两相流

本文从描述多维湍流气固两相流的两流体模型出发,导出了计算湍流气固两相流中固体颗粒扩散速度的计算模型,进而基于在一维流场中颗粒的终端速度是重力加速度gi的函数,提出在多维流场中颗粒相处于一个修正的加速度场g'i的作用下,该修正的加速度g'i包含了包括重力在内的各种力的作用,这些力对颗粒的加速作用与重力对颗粒的加速作用没有区别。根据这种观点,提出了用于模拟多维湍流气固两相流的改进的扩散模型。本文使用改进的扩散模型对台阶后方的气固两相流进行了数值模拟,并将数值计算结果与实验结果进行了比较,结果表明,改进的扩散模型的预报结果与实验结果符合得相当好。     

三维煤粉燃烧全双流体模型的数值模拟

1引言目前煤粉燃烧综合模型最为广泛的是以轨道模型为基础，美国杨伯翰大学的先进燃烧工程中心（CERC）自1980年起研制二维煤粉燃烧程序PCGC－2，从1990年起研制三维煤粉燃烧的PCGC－3程序[1]。与轨道模型发展的同时，美国Rabcock＆Wilcox公司Fiveland[2]等人研制了FURMO程序，用无滑移模型对560MW侧墙喷燃煤粉炉进行了三维全模拟。其特点是首次用全欧拉的处理方法计算三维煤粉燃烧过程，其不足之处是不考虑气粒两相间的速度滑移和温度滑移．总的看来，用轨道模型模拟煤粉燃烧，易于考虑颗粒反应经历，也可给出两相之间的速度及温…     

稠密气固流动二阶矩摩擦应力模型和模拟

基于统一二阶矩两相湍流应力模型和稠密颗粒动力学理论,建立了欧拉-欧拉双流体二阶矩颗粒摩擦应力模型。模型充分反映各向异性的气固两相相间雷诺应力相互作用,并引入有效颗粒弹性恢复系数,考虑了因颗粒表面不光滑产生的摩擦力对湍流流动结构和颗粒弥散特性的影响,对于下降管的计算结果与实验吻合较好。因颗粒摩擦产生能量耗散降低了颗粒温度和导致颗粒雷诺应力再分布。在入口和出口区域因颗粒碰撞频率较高而产生的能量耗散对流动结构影响明显。     

三维均匀各向同性两相湍流的直接模拟

本文对三维气粒两相均匀各向同性湍流进行了直接数值模拟。气相控制方程组采用分布投影方法进行求解,微分方程采用六紧致阶差分格式和快速Fourier变换结合求解;计算颗粒场时,采用Lagrangian方法。由该方法得到的能谱和各统计量与由谱方法得到的对应值进行了比较,吻合十分理想,对不同Stocks数颗粒在流场内的瞬态分布也进行了初步模拟,并观察到局部富集现象,证明该方法是进行两相湍流直接数值模拟行之有效的方法。     

气粒两相流传热问题的光滑离散颗粒流体动力学方法数值模拟

在气粒两相流动问题中,颗粒间以及气体与颗粒间的传热问题不可忽略.光滑离散颗粒流体动力学(SDPH)模型作为一种新的求解气粒两相流动问题的方法,已经成功应用于模拟风沙运动等问题.在此基础上,提出了SDPH方法的热传导模型,模拟了气粒两相流动问题中的热传导过程以及颗粒蒸发过程.首先引入各相的能量方程,利用有限差分与光滑粒子流体动力学一阶导数相结合的方法,处理各相内部热传导项中的二阶导数问题,基于气粒两相间温度差及对流换热系数计算颗粒与气体间的热传导量,推导得到了含热传导模型的气粒两相流SDPH计算方程组,模拟计算了圆盘形颗粒团算例及鼓泡流化床内部热传导算例,并与双流体模型计算结果进行对比,结果基本符合;其次利用离散液滴模型中的颗粒蒸发传质传热定律计算颗粒的蒸发过程,数值模拟了颗粒射流蒸发过程,并与离散颗粒模型结果进行对比,两者符合得较好,验证了该方法的准确性及实用性.