颗粒与顺列管束磨损的数值模拟

采用直接数值模拟方法模拟了在管道中直径80μm的颗粒对顺列10×10管束的碰撞和磨损.圆管与流场流体之间的相互作用采用内嵌边界方法进行计算并得到流场结构.颗粒的运动采用了拉格朗日跟踪方法计算并与流场之间进行了双向耦合.计算分析了沿流向以及垂直于流向各排管束受到颗粒的碰撞产生的磨损量.计算结果表明沿流向第三排管束以后的各排管束应采取防磨措旌.     

半圆形粗糙元壁面颗粒沉积数值模拟研究

为研究半圆形粗糙元壁面对颗粒沉积的影响,分别采用雷诺应力模型（RSM）和离散相模型（DPM）求解流场与颗粒运动轨迹,并结合临界速度判别颗粒沉积的方法。通过构建不同半圆形粗糙元参数（e/D,p/e）的通风管道计算域,研究了1~10 μm颗粒沉积速度变化及沿气流方向颗粒的沉积趋势,分析了流场所引起的湍流变化对颗粒沉积的影响,与相同参数下的方形粗糙元壁面颗粒沉积特性进行了对比。同时,分析了粗糙元参数对颗粒沉积速度的影响。结果发现,半圆形壁面颗粒沉积速度小于同参数下的方形壁面颗粒沉积速度,这是由于半圆形壁面的回流区相对方形粗糙元更小,捕捉颗粒能力差,半圆形粗糙元流体附壁效应导致半圆形粗糙元拦截效率较低。当e/D=0.02,p/e=3时,颗粒沉积速度变化较大,但在其余参数下变化并不大。半圆形粗糙元壁面的迎风面是颗粒沉积的主要区域。     

高强度湍流预混火焰NO生成特性的研究

本文采用直接数值模拟方法对不同湍流强度下预混CH_4/H_2/air平面火焰进行了计算,并对湍流火焰中NO的生成规律进行了研究。采用了28组分268步反应的详细化学反应机理。研究表明高Karlovitz数下,湍流微团能穿透火焰面并存在于内反应区中。在强拉伸作用下,局部燃烧热释率达到层流火焰峰值的1.8倍。湍流作用下湍流燃烧速率显著提高,而NO的总生成速率增加不明显。高湍流强度下由于快速型NO的生成率的显著减小,湍流火焰中NO的总生成速率降低。     

二维颗粒运动以及传热的数值模拟

本文提出了直接热源算法(Direct heat source)使得颗粒壁面温度满足Dirichlet边界条件,同时采用Wang等提出的内嵌边界方法(Immersed boundary method)和多重直接力算法(Multi-direct forcing)全尺度模拟二维颗粒的运动.本文计算了运动的冷颗粒在不同Grashof数时的运动状态.本文的计算结果与其他学者的计算结果符合得很好,从而验证了本文采用的方法的精确性与有效性.     

三维射流中颗粒碰撞的直接数值模拟

采用硬球模型对三维气同两相射流中Stokes数为10的中等颗粒的碰撞行为进行了直接数值模拟,以初步考察两相流动中颗粒碰撞的特件.颗粒的跟踪采用单向耦合的Lagrangian方法,计算分析了颗粒碰撞随空间、时间的演化及其对颗粒分布不均匀性的影响.模拟结果表明颗粒碰撞主要分布在流场巾颗粒局部浓度较高的区域;由于射流初期大尺度涡结构的影响,颗粒的浓度分布最为不均,因此碰撞次数在这一时期随时间呈线性增加,达到最大值后逐渐回落趋于平缓.此外,对网格中颗粒个数分布的矩的统计发现,碰撞对颗粒分布不均匀性的影响随时间呈现不同的特性.     

可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究

对空间模式发展的气固两相圆孔射流中颗粒与流体双相耦合作用进行了并行环境下的直接数值模拟算法研究。气相流场采用可压缩的N-S方程直接求解。计算颗粒场时,采用Lagrangian方法跟踪实际的颗粒运动。利用并行求解算法,实现了颗粒穿越边界面的模拟。为了模拟颗粒对流体的作用,考虑了颗粒和流体的双相耦合。在本文的计算条件下,颗粒的直径远小于网格的间距,平均的Kolmogorov尺度和网格的间距在一个量级,保证了DNS的要求。气相和颗粒相的应力与实验的对比研究表明,本文的颗粒并行程序是可信的。     

动态亚网格二阶矩湍流燃烧模型

在二阶矩亚网格燃烧模型的基础上,考虑了密度脉动,提出了动态亚网格二阶矩燃烧模型(Dynamic-LES-SOM)。在此模型中,反应项由平均反应项和亚尺度反应项组成,所有的系数都是通过动态计算得到。使用该模型对美国Sandia国家实验室Flame C进行了计算,并且与忽略密度脉动的二阶矩亚网格燃烧模型结果进行对比。结果发现,DynamicLES-SOM燃烧模型计算结果与实验值吻合得很好,较忽略密度脉动的二阶矩燃烧模型有所提高。     

旋流燃烧器复合小火焰模型的大涡模拟

对低旋燃烧器内的流动和燃烧进行了大涡模拟,其中化学反应分别采用传统的扩散小火焰模型和所提出的复合小火焰模型描述。复合小火焰模型借助于燃烧区索引的概念区分当地的燃烧模式,若当地的燃烧为扩散燃烧,则调用扩散小火焰库,否则调用预混小火焰库。数值结果与实验数据的对比表明,采用大涡模拟方法结合小火焰模型能够很好地模拟实验室尺度的低旋燃烧器,且采用复合小火焰模型能够得到更加符合实际的结果。     

H2/air旋流预混燃烧的流场特性和火焰结构分析

本文采用完全可压缩的N-S方程,对当量比为1.0的H₂/air旋流预混火焰进行了直接数值模拟研究。氢气和空气的化学反应采用9种组分19步的详细机理。模拟结果表明,强旋流流场中存在回流区,碗形旋流火焰稳定在回流区的外围。在火焰面上沿火焰法向提取了局部火焰结构,将局部湍流火焰结构与层流预混火焰的火焰结构进行了比较,发现局部湍流火焰比层流预混火焰更薄,燃烧强度更高。     

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征;计算颗粒场时,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法,针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数,模拟了颗粒场的瞬态分布,并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。