多相流動的基本理論(編輯修改稿)
2025-06-20 01:56 本頁面
【文章內容簡介】 軌道會發(fā)生速度、質量、溫度、密度和尺寸的變化，同時對流體造成了分布于整個體積中的物質源、動量源和能量源。 ?該方法能研究顆粒群和流體相之間的較大滑移，并把復雜的顆粒變化情況耦合進來。 多相流體動力學 ?按照是否考慮 顆粒群的湍流擴散 ，又可把顆粒軌道模型分為兩類： 一類是不考慮顆粒群湍流擴散的顆粒確定軌道模型， 一類是考慮顆粒群湍流擴散的顆粒隨機軌道模型。 多相流體動力學 顆粒確定軌道模型 ?處理顆粒群的方法較簡單，能夠考慮相間速度與溫度的滑移， ?并可以追蹤比較復雜的顆粒經歷， ?數(shù)值計算不會產生偽擴散。 ?但其存在一個缺點，就是對顆粒的湍流擴散缺乏較好的處理。 多相流體動力學 ?考慮到 湍流脈動對顆粒軌跡 造成的影響， ?Yuu等 [142]首先提出了渦作用模型。 ?在經過 Gosman等 [143]和 Berlemont等 [144]改進以后，得到了廣泛的應用。 ?Sommerfeld[145]和 Shuen[146]等采用此模型進行數(shù)值求解，得到了比較滿意的結果。 ?浙江大學熱能工程研究所的岑可法院士和樊建人教授 [147]提出的隨機頻譜顆粒軌道（ FSRT）模型， 顆粒隨機軌道模型。 多相流體動力學 模型小結 ?各種不同的氣固兩相流動模型，從不同的角度對真實的氣固兩相流動過程做了近似和簡化，因而具有不同的適用范圍。 ?對稀疏多相流動中固體顆粒，液體顆粒以及氣泡運動的計算方法， Loth[159]做過較為詳細的介紹和分類。一般情況下可通過 判斷顆粒相對濃度和相間滑移量的大小 來選擇合適的模型。 多相流體動力學 ?不過隨機軌道模型計算時需要跟蹤大量的顆粒軌道，因而造成計算機的存儲量和計算量都很大，從而使其在工程應用上受到一定程度的限制。 ?從已有的研究來看，在湍流氣固兩相流動的數(shù)值模擬方法中， 顆粒軌道模型 的應用最為廣泛。它的優(yōu)點在于計算工作量小，能夠模擬有蒸發(fā)、揮發(fā)、兩相化學反應和在不同階段有不同質量損失率的顆粒相的復雜經歷，而且顆粒相采用拉格朗日坐標系處理可以避免偽擴散。 多相流體動力學 ?Crowe等 [183]和先后對氣固兩相湍流流動的數(shù)值模擬方法進行過概括總結。在 Mashayek等 [184]的綜述中，他們對最新的氣固、氣液兩相流動的數(shù)值模擬方法進行了詳細的介紹，包括了拉格朗日描述的直接數(shù)值模擬、大渦模擬和統(tǒng)計模型，以及歐拉方法描述的 RANS模型和 PDF模型等， 多相流體動力學 顆粒軌道法 ?對稀疏兩相流來說，顆粒的存在對氣相影響很小，可不予考慮，這種情況被稱為單向耦合（ Oneway Coupling） ，即只認為氣相運動特性單方面影響著顆粒的運動情況。 ?而對于濃度較高的氣固兩相流動，不僅氣相影響著顆粒的運動，而且顆粒對氣相運動也有明顯的影響，不應被忽略。這種同時考慮顆粒和流體間相互作用的情況被稱為雙向耦合（ Twoway Coupling）。 ?如果再進一步考慮顆粒間的相互碰撞，則被稱為四向耦合 （ Fourway Coupling）。 多相流體動力學 ? 流體相被看作為連續(xù)介質，而顆粒相被看作與流體有滑移的，沿自身軌道運動的分散群 。 ? 顆粒相自身無湍流擴散 。 ? 顆粒群按初始尺寸分組，各組顆粒群沿各自軌道運動，互不干擾 。 ? 顆粒群對流體的質量、動量和能量相互影響當作是某種等價的連續(xù)分布于多相流空間中的物質源、動量源和能量源。 多相流體動力學 拉格郎日軌道法 流體相方程 ? ? ? ?( 1 ),UVxySx x y y??? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ??????????? ????? ? ? ??? ?????? ????e f f e f f多相流體動力學 直角坐標系中三維流動微分方程式各項的意義 直角坐標系中三維流動微分方程式 各項 的意義 ??S??e )(32 kxxwzxvyxuxxpeee????????????????????????????????????????????e)(32 kyywzyvyyuxypeee??????????????????????????????????????????????????e)(32 kzzwzzvyzuxzpeee???????????????????????????????????????????ke?????kG???e C G k C kk1 22? ? ??方程名稱 ? 連續(xù)性方程 1 0 0 X方向動量方程 u Y方向動量方程 v Z方向動量方程 w 湍流動能 k 湍 流
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