时间及空间模式下的可压缩气固两相混合层数值模拟

【摘要】： 本文利用数值模拟的方法,采用Euler-Lagrange颗粒-轨道双向耦合模型对时间及空间模式下单气相和含有固粒的二维可压缩混合层流场进行了研究。气相流场采用具有空间三阶精度的WNND格式进行直接数值模拟,固相方程采用单边三点差分离散。采用流场和固粒双向耦合的方法,在考虑流场对固粒作用的同时,也计及固粒对流场的反作用。 文中首先对对流马赫数(Mc)为亚声速(0.5)的时间发展的单气相时间模式混合层作了数值模拟,研究了计算域包含较多数目的初始扰动周期问题,考查了六周期和七周期时间模式混合层中涡的不同演化方式。同时研究了在计算域包含一个初始扰动周期的情况下固粒的非均匀播撒对粒子扩散产生的影响。 在空间模式混合层中,对Mc为亚声速的情况,通过在入口添加不同扰动的方式,得到了不同可压缩混合层的流场结构,分析讨论了气固两相混合层中气体流场与固粒的相互作用特性,重点在添加亚谐扰动的流场中研究了Stokes数、颗粒尺寸、颗粒浓度以及固粒与气体密度比等因素对粒子运动和流场发展的影响;对Mc为跨声速的两相混合层,分析讨论了颗粒体积浓度、颗粒尺寸以及固粒与气体密度比等对流场中小激波结构的影响。此外,本文还通过加入湍流模型的方式,讨论了湍流对空间模式下的单相及气固两相混合层的影响。