氣固兩相平面湍流射流的直接數值模擬.pdf

1、自由剪切流是一種典型的包含轉捩和湍流的流動現象,而平面射流是一種比平面混合層復雜的自由剪切流.迄今為止,關于圓射流和矩形射流的研究較多,但平面射流的數值成果,尤其是對湍流研究具有指導意義的DNS數據,仍相對較少.據作者所知,該文是國內較先開展的關于氣固兩相平面湍流射流的DNS研究.該文的求解對象為有弱可壓縮性的流場控制方程組,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中的擴散行為和濃度分布規(guī)律.DNS的數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數,同時,時間步進采用低存儲量要求的4階顯式Runge-Kutta格式.非物理的出口區(qū)(PML緩沖區(qū))方法結合Thompson無反射邊界條件被用于邊界條件的設置.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.數值結果揭示出的細致的流動結構證實該套數值方法是切實可行的.文中首先用DNS方法模擬了二維弱剪切自由射流中隨時間發(fā)展的流場結構及典型尺寸的顆粒在流場中的運動規(guī)律.計算結果

3、得到了以完全對稱模式發(fā)展的渦量場,同時精確地捕捉到了展向渦的卷起、兩渦配對及在弱剪切自由射流中出現的特殊的三渦合并現象.該文的第二部分為二維氣固兩相強剪切平面湍流射流的DNS研究.由于兩剪切層的對稱性在下游x/h=6.0處即被破壞,之后渦街完全按非對稱模式發(fā)展.在兩種流場中,St=1的顆粒的網絡均方根顆粒數Nrms均為最大,這也證實了該種尺寸的顆粒在流場中的擴散范圍最大,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)],作者認為這是由于所有的顆粒均已參與到渦結構的發(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的方式通過計算區(qū)域,影響了Nrms的統(tǒng)計結果.因此,作者認為強剪切射流中的Nrms值更有參考價值.顆粒的瞬時滑移速度(Vr)場清晰地揭示出上述各種顆粒在流場中的特殊行為,不失為一種研究顆粒的瞬時擴散性態(tài)和運動趨勢