《攜帶顆粒湍流大渦模擬的拉格朗日方法》是依託中國科學院力學研究所，由何國威擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：攜帶顆粒湍流大渦模擬的拉格朗日方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何國威
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
攜帶顆粒湍流的大渦模擬不僅是湍流理論研究的重要問題，也在污染物擴散和化工過程有廣泛的套用。現有的大渦模擬方法主要是針對單相湍流，沒有考慮湍流中顆粒混沌運動的特點。本項目用歐拉方法描述湍流運動，採用拉格朗日方法描述顆粒的運動，提出從大渦模擬的基本概念-濾波出發，系統地發展攜帶顆粒湍流的大渦模擬方法，它包括：（1）大渦模擬的拉格朗日濾波方法；（2）針對湍流中顆粒運動的反濾波模型，梯度模型和拉格朗日濾波下的動態模式；（3）發展湍流拉格朗日速度的時空關聯的模型，克服Hay-Smith線性模型不能反映小尺度渦拉伸作用的缺陷，它是攜帶顆粒湍流大渦模擬方法的理論依據。本項目針對湍流中顆粒運動的特點，提出了拉格朗日濾波和顆粒亞格子模型，可以為攜帶顆粒湍流的大渦模擬提供基本概念和方法；關於拉格朗日速度的時空關聯的模型，可以為攜帶顆粒湍流的大渦模擬提供理論依據，並為湍流統計理論提供基本的時間特徵尺度。
結題摘要
攜帶顆粒的湍流在環境和工業流動中廣泛存在，例如灰塵等固體顆粒在大氣中的擴散，河流中泥沙的輸運和沉積過程，發動機液體燃料的噴霧燃燒和化學工程中流化床提氣管的氣固反應過程等。由於計算機的迅速發展，數值模擬成為研究攜帶顆粒湍流的重要工具。針對高雷諾數湍流,大渦模擬能夠提供湍流場大渦的瞬時速度，它決定顆粒運動的主要信息，因此成為數值模擬攜帶顆粒湍流的有效方法。但是，現有大渦模擬的理論和方法主要是針對單相湍流建立的，沒有考慮湍流中顆粒運動的特點，因此，發展攜帶顆粒湍流的大渦模擬方法，既有重要的科學意義，又有廣泛的套用價值。本項目從大渦模擬的時間濾波出發，系統地發展攜帶顆粒湍流的大渦模擬方法。主要研究內容包括：（1）顆粒拉格朗日濾波；（2）湍流拉格朗日速度的時空關聯的模型;（3）動態顆粒亞格子模型；（4）基於機器學習方法的湍流亞格子模型。本項目 (a) 提出了拉格朗日濾波方法，並構造了拉格朗日濾波下的Germano 恆等式，從而發展了動態確定顆粒拉格朗日亞格子模型經驗參數的新方法。提高了大渦模擬預測顆粒聚集的精度；(b) 發展了湍流拉格朗日時空關聯的新模型，先前的Taylor模型和Smith-Hay 模型是新模型的特例，並數值驗證了該模型，揭示了對流和畸變的耦合機制；(c) 發展了攜帶顆粒大渦模擬的運動學亞格子模型與近似反卷積模型的耦合模型；(d) 基於人工神經網路的機器學習方法重構了湍流亞格子模型。項目發表SCI論文17篇，在力學大會2017等作邀請報告。在執行過程中，項目負責人何國威當選為中國科學院院士，王士召獲得基金委優秀青年基金，博士生周志登獲得博士生國家獎學金。
