《PDF兩相湍流模型與算法的若干問題研究》是依託杭州電子科技大學，由徐江榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：PDF兩相湍流模型與算法的若干問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐江榮
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在兩相流理論中，機率密度函式(PDF)方法是一種重要的方法，研究表明PDF輸運方程是連線兩相流微觀隨機顆粒模型和巨觀矩模型的紐帶，同時又是處理兩項湍流的有效手段。一方面PDF輸運方程的理論內涵有待挖掘，另一方面PDF輸運方程都是通過間接方法求解，因此研究顆粒PDF方程輸運方程及其求解方法十分有意義。本項目在理論模型上，提出基於PDF的顆粒矩的Lagrangian模型；計算方法上，提出有限分析/軌道和有限分析/格線兩種方法，從算法上提出一種封閉求解PDF的思路，提高求解的效率和穩定性；使用已經建立的物理場並行計算模型，並行求解原始PDF輸運方程，充分挖掘PDF輸運方程所包含的信息，獲得比巨觀矩模型多得多的顆粒場信息，要求比常規計算方法準確，特別要求顆粒的應力計算的準確。研究湍流和顆粒相互作用規律，為兩相流巨觀模型的完善提供理論依據。
結題摘要
在兩相流理論中，機率密度函式(PDF)方法是一種重要的方法，研究表明PDF輸運方程是連線兩相流微觀隨機顆粒模型和巨觀矩模型的紐帶，同時又是處理兩相湍流的有效手段。本項目進行理論模型和計算方法研究，充分挖掘PDF輸運方程所包含的信息，研究湍流和顆粒相互作用規律。 研究了顆粒PDF方程和軌道方程的對等性，分別從顆粒運動Langevin方程和顆粒PDF方程出發得到顆粒運動兩階矩軌道方程，獲得顆粒PDF方程和軌道方程是對等的結論，以此建立“顆粒兩階矩軌道模型”，這是一個純粹理論上的模型，沒有再附加其他假設。 提出了PDF方程的有限分析/軌道方法，分別用有限分析/軌道松耦合和緊耦合算法檢驗模型的正確性和可靠性。提出了有限分析/格線方法，對兩相湍流顆粒速度—位置聯合PDF輸運方程進行約化，獲得顆粒速度PDF方程和空間分布PDF方程，理論方法求解顆粒速度PDF方程，數值方法求解空間分布PDF方程進行求解。進一步研究有限分析/軌道方法和有限分析/格線方法的緊耦合算法。 研究了流體-顆粒湍流統計量的對等性，即“湍流統計量對顆粒場的影響”，分別從k-ε模型得到的二階矩和大渦模擬獲得的大小渦不同的二階矩入手研究湍流統計量對顆粒場的影響，研究不同模型獲得的湍流統計量對顆粒場影響的差別，分析湍流統計量對顆粒場的影響。 研究了“流體PDF框架下的顆粒源項——顆粒對湍流的影響”，仿照顆粒PDF推導顆粒矩的方法，獲得流體一階矩（平均值）和二階矩（協方差）模型，得到的模型就自然包含了顆粒對湍流的影響，湍流模型中會出現顆粒應力。採用新湍流模型對後台階氣固兩相流流場進行數值模擬，通過對比分析可以發現，耦合的湍流矩模型能更好的反映顆粒對氣相平均速度及脈動速度的影響。
