管道内颗粒悬浮流中大颗粒和湍流相互作用的直接数值模拟的研究.pdfVIP

摘要 颗粒多相流在工业中有十分广泛的应用。虽然现在已有大量的工作致力于该 课题的研究，但是我们对其一些基本特性还缺乏足够的认识，例如颗粒对转捩的 影响，颗粒与湍流结构的相互作用等。本文采用直接力／虚拟区域方法(Direct Domain Forcillg／Fictitiousmethod，简称DF／FD)对中低雷诺数下管道和槽道内的 颗粒多相流进行了直接数值模拟研究，研究了颗粒对转捩的影响和颗粒与湍流拟 序结构的相互作用． 本文主要研究了三部分内容： (1)对低雷诺数下(肌2300)水平圆管道中颗粒悬浮液流进行了直接数值模 拟，研究了颗粒浓度，颗粒尺寸对转捩的影响规律。数值模拟结果表明：在较低 的颗粒浓度下颗粒促进管流的转捩，临界转捩雷诺数随着颗粒浓度的增加而降低； 在较高的颗粒浓度下，临界雷诺数随着颗粒浓度得增加而增加。 (2)对雷诺数RP=4900的水平颗粒管湍流进行了直接数值模拟，研究了几种 浓度下大尺寸中性颗粒对湍流结构的作用。结果表明：中性颗粒削弱了流向速度 脉动在极大值处的强度，这是由于壁面附近大尺度流向涡和快慢速条纹的强度被 削弱所导致的；而很靠近壁面和管道中心区域的流向速度脉动被增强。壁面附近 的颗粒会诱导出大量小尺度的涡量，这些涡量增加了壁面附近径向和切向速度脉 动的强度。 (3)对雷诺数尺P=5000的水平颗粒槽道湍流进行了直接数值模拟，研究了壁 面附近沉降颗粒与湍流结构的相互作用，讨论了不同尺寸，沉降系数和浓度下颗 粒对湍流的影响规律。结果表明：(a)在沉降系数为零的算例中，颗粒削弱壁面 附近大尺度流向涡和快慢速条纹的强度，这个过程削弱了流向速度脉动在极大值 处的强度。而在很靠近壁面的区域和管道中心区域的流向速度脉动被增强。壁面 附近的颗粒会诱导出大量小尺度的涡量，这些涡量增加了壁面附近径向和切向速 度脉动的强度；(b)在沉降系数较大的算例中，颗粒沉积到壁面附近并形成颗粒 沉积层，这层颗粒相当于粗糙壁面，会诱导出大量涡量，这个过程大大增加了下 壁面处的速度脉动强度；(3)在中等沉降系数的算例中，颗粒对湍流的影响等于 前面两种情况的综合。 关键词：DF／FD；直接数值模拟；湍流拟序结构；转捩；流向涡；快慢速条纹； 沉降系数 Abstract Tlle nowshaVeextensiVeindustrial theoil paniculate applicatiollS，e．g． inme workshavebeendedicatedtotlle transponation pipe．Tillpresent，n啪erous ofthis Some凡nd锄ental study su巧ect．HoweVer embeddedinthis principles subject arestiU the unclear，for e仃-ectof onthet姗sitiontotul．bulenceaIld example panicles theimeractionsbet、veen andturbulence structures．Inthis Direct particles article，the Domain to thedirect Forcing／Fictitiousmetllod(DF／FD)isemployed pe墒m numerical