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气粒两相旋射流的LES/FDF数值模拟研究

陈苏涛  
【摘要】:气粒两相旋射流是旋流燃烧器内冷态流场的主要流动形态。旋流燃烧器广泛地应用于电站锅炉中,对于旋流燃烧器的冷态流场一直是研究的热点。本文基于Lagrangian方法,将概率密度函数(Probability Density Function, PDF)应用于推导颗粒所见流场速度的滤波密度函数(Filtered Density Function, FDF)输运方程,并与大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)方法相结合,提出了求解气粒两相流动的LES/FDF模型。 针对两相流计算中特有的在非结构化网格内的颗粒搜索问题,提出了基于索引网格的颗粒搜索方法。该方法首先重新构造一套结构化的索引网格并将其与流场计算中实际采用的非结构化网格建立对应关系,通过索引网格与计算网格之间的相互转换,实现了通过在结构化的索引网格中搜索来确定颗粒在流场中的位置。该方法易于实现,而且大大提高了搜索效率。 将建立的模型以及颗粒搜索算法用于模拟气粒两相旋射流,描述了颗粒在流场中的空间分布,将模拟得到的颗粒平均速度以及脉动速度与实验进行对比,结果表明LES/FDF模型能够很好的描述颗粒速度的时间平均场。将使用了FDF模型与没有使用FDF模型的计算出的颗粒平均速度和脉动速度以及实验值进行比较,结果表明:FDF模型能够很好的反映出颗粒在流场中运动的脉动速度,能够较好的捕捉流场中亚网格尺度涡对颗粒脉动的影响。对旋流形成的中心回流对颗粒运动影响也进行了研究,经过多不同粒径颗粒在流场的运动特性的数值模拟结果表明:相对于回流造成的气相流场轴向速度的衰减速率,随着粒径的增大,颗粒的衰减速率越慢,气相流场对颗粒运动的影响越小


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