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气固两相湍流变动的研究

韩守磊  
【摘要】: 在两相流中,气相湍流变动一直是国际上研究的热点,但也是研究中的难点,已经提出一些经验的和半经验的湍流变动模型,但是有的缺乏系统检验,也有的效果不理想,其核心问题是颗粒尾涡增强气体湍流的规律有待深入研究。本文用基于雷诺应力方程湍流模型的RANS模拟和极细的网格系,对圆球绕流进行了三维数值模拟。通过改变圆球直径、来流速度、气体的密度、气体的粘性以及圆球的间距,获得了湍动能的增量与气体的来流速度近似呈三次方规律(ΔΚ∝U_(rel)~3),与颗粒的直径近似呈三次方规律(ΔΚ∝d_p~3),与气体的密度近似呈二次方规律(ΔΚ∝ρ_g~2),与气体的粘性近似呈线性规律(ΔΚ∝1/μ_g),与颗粒的间距近似呈平方规律(ΔΚ∝1/L_2)。通过量纲分析法,构造了和现有模型不同的一种颗粒尾涡增强气体湍流的新模型,即。将该模型加入到统一二 阶矩两相湍流模型中,对轴对称旋流室、水平槽道进行了两相流动数值模拟。轴对称旋流室两相流模拟结果发现,和不考虑颗粒尾涡效应的二阶矩两相湍流模型的数值模拟结果相比,在轴线附近,本模型对气体雷诺应力的预报值有明显的改进,在壁面附近,两种模型的预报值基本接近。 水平槽道两相流模拟结果发现,在高、低两种粗糙度壁面下,与没有考虑颗粒尾涡效应的统一二阶矩模型相比,本模型预报结果在中心区域有一定程度的改进,与实验值吻合更好。但是在壁面附近,两个模型在高粗糙度壁面下的预报结果趋于一致。


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