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二维可压缩单相及气固两相混合层流动数值模拟

万国新  
【摘要】: 本文采取数值模拟的方法,利用具有空间三阶精度的WNND格式求解二维非定常可压缩N-S方程,模拟了二维平面单气相平面混合层在时间和空间两种模式上的发展过程,并在此基础上重点研究了时间模式下气固两相平面混合层流动。 文中首先对对流马赫数(Mc)为亚声速(0.5)、跨声速(0.8)的时间发展单气相混合层作了数值研究,对Mc为亚声速单气相时间发展混合层,分别研究了计算域包含不同数目的初始扰动周期问题,考查了不同周期数的混合层中涡的不同演化方式;对Mc为跨声速的单气相时间发展混合层,得到了清晰的小激波结构,同时分析了小激波的形成机理。进而研究了Mc为亚声速(0.5)、跨声速(0.8)的超声速单气相空间发展混合层,对Mc为亚声速的单气相超声速空间发展混合层,通过在入口添加不同的扰动频率组合,得到了类似于单气相时间发展混合层中不同周期问题的空间演化方式;对Mc为跨声速的单气相超声速空间发展混合层,得到了空间发展的小激波结构。 在上述单相混合层研究基础上,通过在混合层中添加固体颗粒,采用流场和固粒双向耦合的方法模拟了时间模式下可压缩气固两相混合层的流动,对Mc为亚声速的混合层,针对两周期问题分析讨论了可压缩的气固两相混合层中气体流场与固粒的相互作用特性,分析了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,此外还通过跟踪不同位置的单一粒子,比较全面地考查了备受关注的Basset力对粒子运动的影响;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。


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