《湍流相干結構對粒子輸運和擴散特性的影響研究》是依託上海套用技術大學，由羅劍平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：湍流相干結構對粒子輸運和擴散特性的影響研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅劍平
- 依託單位：上海套用技術大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
粒子的湍流擴散和輸運問題在水動力學、環境工程以及化工和工業過程中具有重要的套用價值，同時也是湍流問題中重點關注的研究課題之一，對顆粒流動的研究有助於控制流動中顆粒的擴散效率、混合過程以及反應效率等，對兩相流理論和流動控制理論都具有重要意義。本項目擬主要採用直接數值模擬方法結合Lagrange隨機模型對槽道湍流中重粒子或較大濃度粒子的輸運和擴散的雙向耦合問題進行研究，重點關注於顆粒與湍流大尺度結構和小尺度精細結構之間的相互影響，Stokes數和Reynolds數對粒子擴散的影響，以及粒子擴散的統計特性等。同時計畫基於已有的隨機模型，充分考慮近壁區和中心區湍流結構和粒子擴散之間的關係，發展新型的能考慮各向異性特徵的粒子跟蹤模型，從而揭示粒子的湍流擴散問題的物理機理，並為工程套用提供參考。
結題摘要
直接數值模擬了基於摩擦速度和槽道半寬度無量綱化的雷諾數為80的槽道湍流，完善了低雷諾數槽道湍流的DNS資料庫，利用這個資料庫研究了不同雷諾數槽道湍流中壁面附近的湍流統計特性,通過標度指數的特徵，說明了離壁面不同位置處湍流結構的不同。在原有DNS程式的基礎上完善了慣性顆粒的DNS程式，研究了湍流結構對粒子擴散的影響。分開考慮了噴發和掃掠事件對示蹤粒子的移動和離散（或分散）行為的影響，詳細分析了噴發和掃掠事件對顆粒群離散行為的統計特徵。利用子波分析方法，研究了放置翼型的非對稱槽道流動中湍流逆梯度輸運區域的尺度特徵。根據放置翼型的非對稱槽道流動的實驗數據，利用正交子波研究了各個尺度的機率密度函式、平坦因子、偏斜因子、各尺度之間的關聯，之後分析了逆輸運區域內的最大相干結構的時間尺度。使用泰勒微尺度雷諾數400的高解析度三維均勻各向同性拉格朗日湍流直接數值模擬資料庫，考慮沿著拉格朗日軌跡的能量耗散率，以及偽能量耗散和能量耗散替代的統計特徵，結果發現全能量耗散的間歇性特徵和多分形理論符合的很好。然而，全能量耗散的各個貢獻分量不滿足講點理論預測。全能量耗散替代與偽耗散率是互相關的，並且完整能量耗散大約是，表明是平均相關。因此由提供的間歇性參數是有偏差的，表現出更強的間歇性。
