气粒两相湍流中颗粒倾向性分布现象的研究

选取平板混合层流动大涡模拟的某一瞬态流场,获得了稳态颗粒倾向性分布现象,并跟随富集区颗粒全轨道,分析了其运动状态沿轨道的变化.发现导致倾向性分布的并轨和轨道分离两种机制。在并轨机制中,不同来源的颗粒被较强涡旋俘获,使向心力和离心力平衡而产生趋同效应,进而发生并轨.在轨道分离机制中,邻近颗粒处于垂向速度方向有较大差异流场中会发生相反偏转,从而产生轨道分离.研究还表明:这些机制只能在跟随性和惯性相对平衡的颗粒中才能发生.

稀疏两相湍流的惯性颗粒倾向性弥散

气相采用大涡模拟、颗粒相采用拉格朗日轨道模型的方法对后台阶突扩流、充分发展槽道流和圆湍射流3种典型的稀疏气固两相流动进行了数值模拟,研究了颗粒倾向性弥散的特征和规律。研究表明颗粒的跟随性和倾向性相联系,颗粒惯性和大涡结构同时决定颗粒的倾向性分布特征。Stokes数量级为1(气相时间参考尺度取为宏观特征时间尺度)左右的颗粒,倾向性分布特征最强烈。颗粒倾向分布于低涡量(或是低脉动速度)的湍流区域。

两相圆湍射流颗粒弥散与速度相似性大涡模拟

气相采用大涡模拟方法、颗粒相采用拉格朗日轨道模型,对高雷诺数两相圆湍射流进行了数值模拟,研究了一种中等Stokes颗粒在大尺度涡结构中弥散特点以及两相速度统计特征.研究表明,颗粒弥散同时受流动涡结构和颗粒惯性决定,颗粒在涡结构的边缘或者涡与涡交织区域颗粒数密度高,形成倾向性分布.沿中心轴线两相平均速度衰减不同,颗粒相速度衰减慢于气相.射流近场两相速度沿径向变化显著,在射流远场两相平均速度都具有相似性,沿径向颗粒相平均速度衰减慢、分布平稳.

超音速拟序旋涡中颗粒的弥散

应用大涡模拟方法耦合质点颗粒拉格朗日轨道模型,研究空间发展超音速拟序旋涡中颗粒的弥散特性。结果表明,存在特定尺度颗粒其弥散能力最强。颗粒倾向性聚集于流动特征时间尺度长的低速流动区域,小尺度与中尺度颗粒的倾向性分布表征为大量颗粒存在于旋涡边缘的低涡量区以及旋涡与旋涡之间的大变形薄层区。随着颗粒尺度的减小,颗粒加速能力以及与气体旋涡的掺混增强。