均勻湍流內(nèi)湍流-布朗顆粒碰撞的直接模擬研究.pdf

1、燃燒源可吸入顆粒物對于人體健康和自然環(huán)境有嚴重的危害，了解其在燃燒過程中生成和長大過程的機理是控制顆粒物生成的前提，其核心問題之一是顆粒-顆粒的碰撞和凝并過程。對于燃煤產(chǎn)生的細微顆粒，其碰撞過程主要受布朗運動和湍流作用影響，研究湍流作用下有布朗運動的細微顆粒的碰撞過程是目前兩相流體力學和氣溶膠動力學的研究熱點之一。 本文在系統(tǒng)總結有關顆粒平均碰撞核函數(shù)的研究進展和相關數(shù)學模型的基礎上，基于高效的后溯法來檢測碰撞，首先對Reλ約

2、為51均勻各向同性湍流內(nèi)Stk (Stk=τp/τk)為0到10的有限慣性顆粒(不考慮布朗力)的碰撞行為進行了直接數(shù)值模擬，研究了湍流對有限慣性顆粒碰撞的影響。結果表明，具有一定慣性顆粒的湍流碰撞率完全不同于零慣性的輕顆粒(Stk=0)和可忽略湍流作用的重顆粒(Stk=￥)，其變化趨勢極其復雜。使用同時考慮了湍流摻混效應和局部富集效應的圓球模式來估計湍流作用下的顆粒碰撞核函數(shù)，分別利用可能發(fā)生碰撞的顆粒對的徑向相對速度<|wr|>和徑向

3、分布函數(shù)g?來量化這兩種效應。結果表明Stk≈1.0時局部富集效應最為強烈，使得顆粒的碰撞核函數(shù)在此時出現(xiàn)第一個峰值；湍流摻混效應則隨著顆粒Stk的增大而漸進增大；局部富集和湍流摻混聯(lián)合作用的結果，使得顆粒碰撞核函數(shù)在Stk≈3.0附近出現(xiàn)另一個峰值。通過對Stk在0到1之間的細微顆粒進行漸近性分析，結合數(shù)值模擬的結果，提出了適用于細微顆粒的簡單的湍流碰撞核函數(shù)模型。 在直接模擬湍流作用下的顆粒碰撞的基礎上，本文結合布朗動力學