湍流被动标量研究的最新进展

被动标量场的统计性质, 在湍流理论以及湍流燃烧、污染物防治等工程领域都有非常重要的意义. 最近十几年, 大量的实验测量、数值模拟和理论分析结果表明, 标量场具有很多自身独特的性质, 甚至有些性质并不依赖于速度场本身. 这就促使人们对传统经典理论进行重新认识、修正或者提出新的理论来取代. 本文对标量场的各向异性、标量和标量耗散率的概率密度函数(PDF)、标量场的空间结构及演化过程、还有标量小尺度混合模型等几个方面进行综述.      

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。     

颗粒-气体脉动速度联合PDF输运方程的封闭

在建立的颗粒—气体微团脉动速度联合PDF输运方程基础上，考虑到颗粒的扩散存在轨道穿越效应、连续性效应和惯性效应以及湍流的各向异性，应用三涡相互作用模型来封闭颗粒所见气体微团脉动速度的朗之万方程中的漂移系数，并应用各向异性的扩散矩阵封闭了此朗之万方程中的扩散系数．完成了整个PDF输运方程的完全封闭，此输运方程可以用来模拟湍流气固(液)两相流．     

非等温流向振荡单圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

本文采用格子Boltzmann方法模拟对非等温横向振荡圆柱绕流(Re=100)进行模拟,详细考察振荡频率(F=f_o/f_s=0.2～8.0)、振幅(A/D=0.1～0.4,A为圆柱流向最大位移,D为圆柱直径)对绕流换热的影响。结果表明:低频率、低振幅流向振荡运动将使圆柱换热增强,高频率、高振幅振荡使圆柱换热效果减弱;圆柱表面平均N_u脉动均方根值随着振荡频率、振幅的增大而增大;在锁定区域内,平均N_u及其脉动均方根值均出现极大值。     

煤粉炉内弥散介质辐射传热的综合模拟

本文基于辐射传热计算的DT法和颗粒运动计算的随机轨道法,并结合单颗粒的辐射特性模型,构造了能够详细考虑颗粒燃尽、湍流弥散诸因素对炉内空间局部辐射特性及总体辐射传热影响的弥散介质辐射传热计算模型,并将其耦合到炉内过程的总体数值模型中。采用该程序,比较计算了几种颗粒辐射特性模型对某300MW锅炉炉内温度场的预报结果,结果表明：通常采用的均匀颗粒辐射特性模型会导致温度场的极大误差;由于炉内颗粒浓度的不均匀分布,炉内的温度分布呈现高度非均匀状态,在炉膛轴线上有大面积的高温烟气区存在;考虑残炭存在时,温度分布的不均匀性更显著．     

求解微粒吸收指数的改进算法

在燃煤锅炉炉膛的辐射换热中，飞灰是一种重要媒体，吸收指数Ｋ是影响其辐射换热的十分关键的参量。测量微粒的ＫＢｒ压片的透射光谱，并利用ＭＩＥ理论，求解得微粒的光辐射特性，这是目前较通用的方法。然而，原有处理实验数据计算ｋ值的算法与实验本身所能满足的条件之间存在相当的误差，成为影响该方法精度和广泛使用的一个制约。本文提出了一种迭代算法，用于实际，既可提高ｋ的精度，又能减少测量工作量，扩大测量范围，具有明显的实际意义。     

惯性颗粒所见被动标量统计特性的直接数值模拟研究

本文采用直接数值模拟方法,对惯性颗粒所见均匀各向同性湍流中具有平均标量梯度的被动标量场统计特性进行了研究。模拟结果表明:与颗粒所见流体速度的自相关特性不同,颗粒所见标量的自相关特性随颗粒惯性的增加而单调减少;颗粒所见标量脉动能随颗粒惯性的增加先减少再增大,在St≈1.0的临界颗粒附近达到最小值,而颗粒所见标量耗散率随颗粒惯性的变化行为与颗粒所见标量脉动能的变化行为相反;数值模拟的结果进一步揭示,在St≈1.0时颗粒所见流体标量脉动能和耗散率的极值是因为St≈1.0的临界颗粒聚集于低涡量、高应变区域和标量场在高应变区域形成强耗散的片状结构所致。     

激光点火煤粒周围的温度场

本文采用激光全息摄影技术记录激光加热下的单颗粒煤在某一时刻燃烧的全息图，通过再现系统和数字图象处理过程而获得二维的温度场分布，为研究煤的着火与燃烧的特性提供了一种新方法．同时采用了数学模型对几种煤从着火到燃尽时其周围的温度场进行计算，与实验进行了比较，得到了较为一致的结果．     

Lattice-Boltzmann simulation of particle-laden flow over a backward-facing step

This paper deals with the numerical simulation of gas－solid two-phase flows in an Eulerian－Lagrangian scheme. The particle tracks are calculated using a recently developed exponential Lagrangian scheme, and the approach presently used for the computation of fluid phase is based on a modified Lattice-BGK model. Different from earlier publications, the present study employs a two-way coupling mechanism to handle the interactions between carrier phase and dispersed phase in the model. This new model is applicable to simulating gas－solid two-phase flows. For example, based on the scheme, we have recaptured some phenomena of planar laminar particle-laden flow over a backward-facing step in this research, and found a new interesting phenomenon.     

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。