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密相可压气固两相湍流流动的理论分析及其数值模拟

曾卓雄  
【摘要】:本文借助于不可压密相两相湍流流动及可压单相流动方面的研究成果,参照稀相、可压两相流的流动情况,考虑密相、湍流、可压两相流的特点,对此进行了理论分析及数值计算方面的研究。 本文建立了考虑可压缩性影响的密相气固两相湍流的模型:气相为K f? εf,颗粒相为K p? εp?θp,并详细推导出适用于高低湍流雷诺数下的K k? εk?θp方程组,还讨论了方程组中各项的物理意义。 比较全面系统地推导出含有18 个未知变量的密相可压气固两相湍流的封闭的偏微分方程组,其中考虑了变密度、变浓度和湍流的各向异性的影响,为流场的数值分析奠定了坚实的理论基础。 建立了考虑浓度修正值的颗粒动力学压力修正方程和密度修正值的流体相压力修正方程,使其在较高颗粒浓度及变密度情况下也能适用,提出适用于密相可压气固两相湍流流动的CDIPSA 算法。以速度的协变分量为求解量,采用同位网格来实现速度与压力的关联。 利用本文推导和建立的方程组以及提出的算法,编制了用于密相可压气固两相湍流流动数值计算的程序。沙层上、JPL 喷管、弯管中的稀相气固两相流动数值计算值和实验结果吻和较好,并对竖直上升管、叶片扩压器的密相可压气固两相流动进行了数值计算和理论分析,在此基础上总结了气固两相流动的一些特点。并考察了不同叶片型面、不同出口角的叶片扩压器的流场,为改进其性能和设计提供了依据。


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