多孔介质中湍流流动的数值模拟

【摘要】： 本文以多孔介质燃烧技术为研究背景,通过数值模拟研究了各种条件下多孔介质内湍流流动特性,主要目的是更系统深入地理解多孔介质内湍流流动的特点及规律,并进一步推动该领域的理论研究及其实际应用。 迄今,多孔介质中湍流的研究,主要有微观模型和宏观模型两种途径。多孔介质内微观湍流模型是直接将自由流体湍流模型应用于多孔介质内部小尺度孔隙和通道内的流动。而宏观湍流模型是在宏观尺度上对微观湍流模型取体积平均的结果。本文采用将微观模型与到宏观模型相结合的方法,首先使用标准κ-ε湍流模型对简化了的多孔介质的二维模型内的微观流场进行数值模拟;在此基础上,借助两种宏观模型,N-K湍流模型和P-dL湍流模型同时利用体积平均方法将微观流场计算结果转换为宏观流场的信息,以确定宏观湍流模型中经验系数C_κ的值以及宏观湍流模型κ和ε的初始值。本文的计算以通用CFD软件Fluent6.2为平台,添加N-K湍流模型和P-dL湍流模型的自定义函数,对宏观流场进行模拟计算,并对比分析了N-K湍流模型和P-dL湍流模型。 计算结果表明:微观流场内多孔介质固体骨架物块的形状对多孔介质内湍流流场影响十分显著,正方形的湍动能最大,其次为长方形,圆形,椭圆形;入口雷诺数不变时,随着孔隙率的增大,湍动能水平也随之降低;孔隙率不变时,随着入口雷诺数的增大,湍动能水平也随之增大。宏观流场内在进口处N-K湍流模型和P-dL湍流模型的湍动能均迅速下降,并且N-K湍流模型对湍流流动的抑制作用小于P-dL模型,湍动能稳定后趋于一致。