湍流顆粒遷移碰撞的亞格子效應及其模型研究

《湍流顆粒遷移碰撞的亞格子效應及其模型研究》是依託華中科技大學，由柳朝暉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：湍流顆粒遷移碰撞的亞格子效應及其模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：柳朝暉
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

在氣固兩相湍流的大渦模擬中，通常忽略亞格子湍流對顆粒運動的影響。近年來的研究表明，亞格子湍流對顆粒的統計特性（特別是兩點統計特性）具有重要影響，但其微觀機理和模型仍然是國內外多相流領域一個具有挑戰性的熱點問題。本研究擬在高解析度氣粒兩相湍流直接數值模擬的基礎上，結合空間過濾運算元，深入研究流體亞格子脈動對顆粒擴散、局部富集以及顆粒碰撞的作用規律，探析其內在的微觀機理和統計特性。基於獲得相間亞格子作用的關鍵內容，從較新穎的顆粒所見流體速度的拉氏統計特性角度，提供亞格子尺度郎之萬理論模型所需要的關鍵統計參數，進而發展合理的顆粒亞格子擴散與亞格子碰撞模型，改善現有兩相湍流大渦模擬的預報能力。

結題摘要

兩相流大渦模擬中缺失的亞格線尺度結構信息會對顆粒運動統計造成巨大的誤差，而這也是當前國內外LES研究中十分具有挑戰性的領域，而目前的亞格線顆粒模型很難刻畫對於顆粒碰撞的模擬。本研究基於偽譜法DNS平台，引入過濾器來獲取FDNS流場，從而探討了均勻各向同性湍流下亞格子尺度流體的統計特性以及其對顆粒遷移與碰撞特性的作用機理。研究發現了LES中過濾掉的亞格線流體對局部富集效應以及顆粒對間相對速度的定量影響，且與顆粒慣性大小有直接聯繫。在此基礎上，藉助於兩點PDF輸運理論，驗證了亞格線尺度顆粒所見流場速度Lagevin模型的適用範圍，重點關注針對顆粒碰撞行為的預估效果。另一方面，通過小波分析對湍流場進行多尺度分析，並提取流場擬序渦結構。研究發現，不論流場尺度大小，都包含有相干擬序結構。結果顯示，適當降低大尺度結構解析度，並保留亞格線尺度中的擬序結構信息，可極大提高LES中顆粒遷移、碰撞統計結果的準確性，與此同時也可有效降低計算量。