氣固兩相平面湍流射流的直接數(shù)值模擬.pdf

1、自由剪切流是一種典型的包含轉(zhuǎn)捩和湍流的流動(dòng)現(xiàn)象,而平面射流是一種比平面混合層復(fù)雜的自由剪切流.迄今為止,關(guān)于圓射流和矩形射流的研究較多,但平面射流的數(shù)值成果,尤其是對(duì)湍流研究具有指導(dǎo)意義的DNS數(shù)據(jù),仍相對(duì)較少.據(jù)作者所知,該文是國(guó)內(nèi)較先開(kāi)展的關(guān)于氣固兩相平面湍流射流的DNS研究.該文的求解對(duì)象為有弱可壓縮性的流場(chǎng)控制方程組,并采用單向耦合的方法模擬各種典型尺寸的顆粒在射流流場(chǎng)中的擴(kuò)散行為和濃度分布規(guī)律.DNS的數(shù)值方法基于有限差分法.

2、文中采用具有高分辨率的4階精度的緊致差分格式離散空間導(dǎo)數(shù),同時(shí),時(shí)間步進(jìn)采用低存儲(chǔ)量要求的4階顯式Runge-Kutta格式.非物理的出口區(qū)(PML緩沖區(qū))方法結(jié)合Thompson無(wú)反射邊界條件被用于邊界條件的設(shè)置.入口邊界采用特征入流邊界條件,并在出口邊界作壓力修正.數(shù)值結(jié)果揭示出的細(xì)致的流動(dòng)結(jié)構(gòu)證實(shí)該套數(shù)值方法是切實(shí)可行的.文中首先用DNS方法模擬了二維弱剪切自由射流中隨時(shí)間發(fā)展的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及典型尺寸的顆粒在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.計(jì)算結(jié)果

3、得到了以完全對(duì)稱模式發(fā)展的渦量場(chǎng),同時(shí)精確地捕捉到了展向渦的卷起、兩渦配對(duì)及在弱剪切自由射流中出現(xiàn)的特殊的三渦合并現(xiàn)象.該文的第二部分為二維氣固兩相強(qiáng)剪切平面湍流射流的DNS研究.由于兩剪切層的對(duì)稱性在下游x/h=6.0處即被破壞,之后渦街完全按非對(duì)稱模式發(fā)展.在兩種流場(chǎng)中,St=1的顆粒的網(wǎng)絡(luò)均方根顆粒數(shù)Nrms均為最大,這也證實(shí)了該種尺寸的顆粒在流場(chǎng)中的擴(kuò)散范圍最大,濃度分布最不均勻.并且,不同于弱剪切射流的是,在強(qiáng)剪切射流中,Nr

4、ms(St=0.1)的值比其它尺寸顆粒的Nrms值大很多[=2×Nrms(St=0.01),=3×Nrms(St=10)],作者認(rèn)為這是由于所有的顆粒均已參與到渦結(jié)構(gòu)的發(fā)展中.而在弱剪切射流中,始終有部分顆粒在軸線附近以直線行進(jìn)的方式通過(guò)計(jì)算區(qū)域,影響了Nrms的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.因此,作者認(rèn)為強(qiáng)剪切射流中的Nrms值更有參考價(jià)值.顆粒的瞬時(shí)滑移速度(Vr)場(chǎng)清晰地揭示出上述各種顆粒在流場(chǎng)中的特殊行為,不失為一種研究顆粒的瞬時(shí)擴(kuò)散性態(tài)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)