本文關(guān)鍵詞：湍流與顆粒相互作用的直接數(shù)值模擬研究

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【摘要】：氣固兩相流動(dòng)問題廣泛地存在于航空航天、船舶艦艇、能源、動(dòng)力、化工等領(lǐng)域。由于顆粒相與流動(dòng)相之間在時(shí)間、空間尺度上的跨度以及各自復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性,對(duì)氣固兩相流進(jìn)行研究的重要性顯然是一個(gè)廣泛的共識(shí)。先前學(xué)界在對(duì)氣固兩相流動(dòng)問題進(jìn)行研究時(shí)大多采用點(diǎn)源模型方法,顆粒在流場中只是被當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。由于其無法考慮顆粒體積效應(yīng)以及顆粒表面與流體間相互影響,得到的結(jié)果并不能完全解釋顆粒與氣體湍流間的某些現(xiàn)象。本文采用了顆粒全尺度方法,對(duì)考慮體積的顆粒在湍流中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。首先通過改良一個(gè)各向同性湍流場將其拓展成為無周期性區(qū)域,在較小的計(jì)算代價(jià)下模擬了單個(gè)顆粒在無限長湍流中運(yùn)動(dòng)的情況,將結(jié)果與其他方法獲得的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比后,驗(yàn)證了當(dāng)前全尺度方法在湍流狀態(tài)下的準(zhǔn)確性。為了研究顆粒間相對(duì)位置對(duì)各自的影響,模擬了兩個(gè)前后放置的不同間距的顆粒在不同湍流強(qiáng)度以及顆粒雷諾數(shù)條件下的湍流環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)情況,研究了顆粒與湍流間的調(diào)制以及不同顆粒間距下顆粒間的受力情況。隨后本文研究了全尺度顆粒在壁面湍流中的運(yùn)動(dòng),開發(fā)了一個(gè)適用于內(nèi)嵌邊界方法的軟球碰撞模型,規(guī)避了常用的存在誤差的反沖碰撞模型,通過湍流邊界層入口數(shù)據(jù)庫建立了完全發(fā)展的單相湍流邊界層并用于兩相湍流邊界層模擬的初始條件。為了了解解析體積的顆粒相的引入對(duì)湍流邊界層造成何種影響以及相比采用點(diǎn)源模型得到的兩相湍流邊界層結(jié)果有何不同,對(duì)單相湍流邊界層和兩相湍流邊界層的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,討論了顆粒對(duì)湍流邊界層的發(fā)展產(chǎn)生了怎樣的影響以及顆粒在湍流邊界層中的運(yùn)動(dòng)、分布規(guī)律。這也是學(xué)界首次進(jìn)行的全尺度顆粒在兩相湍流邊界層中的模擬研究,得到的結(jié)果具有非常重要的價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O357.5;O359

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本文編號(hào)：1280333