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大涡模拟后台阶湍流流动及流场中颗粒的弥散

刘晓军  
【摘要】: 本文编制了一套二维湍流的计算机程序,可用于在交错网格系统下对后台阶湍流流动进行大涡模拟(LES)。在研究风场的大涡模拟方法中采用标准Smagorinsky亚格子模型,使用SIMPLER算法,对后台阶中的流动进行了数值计算。详细讨论了低雷诺数时涡结构回流区长度随不同台阶长度、不同入口条件的变化情况以及随时间的演化过程;分析了高雷诺数时的流场特征。这些结果与有关实验结果进行对比,吻合良好。 在此基础上,用轨道法模拟颗粒相运动。在研究气相大涡结构的基础上,重点揭示大涡结构下颗粒的运动规律及其弥散特性。研究表明小颗粒的分布受大涡结构的控制,其弥散过程与流体大涡结构的空间发展相一致,但是由于流动中大涡边缘和中心区的压力差,颗粒在大尺度涡的边缘出现密集。而大颗粒在流场中的分布受其惯性控制,对气相的涡结构不敏感。高速释放到流场中的大颗粒受惯性影响最大,保持在其原有动量方向上运动。 所得到了这些有益的结果,为在细观框架下研究气固两相相互作用奠定基础。


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