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气固两相流气相亚格子模型效应的研究

王帅  
【摘要】:气固两相流动现象广泛存在于能源、化工、冶金、轻工等领域中,深入认识和掌握气固两相流动的内在机理和规律有着重要的实际意义,随着计算机技术的不断发展,数值模拟已成为研究气固两相流动主要方法之一。大涡模拟包含了直接数值模拟和雷诺平均法的思想,对空间分辨率的要求要远小于直接模拟的方法,在现有的计算机的条件下,可以模拟出较高雷诺数和较复杂的湍流运动;另一方面,可以获得比雷诺平均模拟更多的湍流信息。因此,大涡数值模拟方法在气固两相流中有很广阔的前景。 本文采用体积分数加权平均方法对气固两相流控制方程进行过滤,获得气相和颗粒相大涡模拟计算模型,基于颗粒动理学理论,采用双流体模型,对提升管内气固两相流动进行大涡模拟。模拟结果给出了提升管内的时均颗粒相浓度和速度分布,合理的预报出了提升管内的环-核流动结构。同时,分析了不同的气相亚格子模型系数Cg对模拟结果的影响,对于所研究的条件,气相亚格子模型系数Cg应该选取为0.1左右较为合理。考虑壁面能量耗散过大,通过壁面函数对模型进行修正,修正后的模拟结果更接近于实验值。 采用梯度模式的气相亚格子模型进行提升管的数值模拟,研究结果表明在本文研究的范围内,梯度模式夸大了床中心区域能量耗散,因此不推荐采用梯度模式预测提升管内流动过程。同时对曳力系数进行修正,修正后更容易形成颗粒聚团,时均气相和颗粒相轴向速度都较修正前变大。


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