多相湍流流动基础和数值模拟西安讲课

0.6
0.4
0.2
0.0
X=1.1H
X=3.4H
Exp. Iso Diss Model Xu's Model
X=7H
Zaichik's Model
X=14.1H
Present Model
两相速度关联的轴向分量
0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.2 0.3 1.0 r/R 0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
X=1.1H
X=3.4H
Exp. Iso Diss Model Xu's Model
X=7H
X=14.1H
Zaichik's Model Present Model
两相速度关联的径向分量
0.00 0.05 0.10 0.00 0.05 0.100.00 0.05 0.100.00 0.05 0.10 1.0 r/R 0.8
• 下一步是将此模型用于气体湍流变动的预报中
两相流气相湍流变动 的
双时间尺度耗散模型
两相速度关联的双时间尺度耗散模型
t(vpvij)(V kV pk )x k(vpvij)x k[ (ep)x k(vpvij)] 1rp[vpvip jvivj(p)vpvij]Pg,p ijg,p ij
单时间尺度耗散模型
D1 D2
D5 = 190 mm
D3
D4 D5
2 A n n u la r sw ir lin g flo w
旋流两相流动模拟结果（1）
气相轴向脉动速度
0 3 6 0 2 4 60 1 2 3 0 1 2 0
1
20
1
2
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0 52
85
112
155
195
315
(实验； -----模型1（单时间尺度模型）；—模型2（双时间尺度模型） )
两相速度关联的 双时间尺度耗散
模型
ห้องสมุดไป่ตู้ 研究背景
• 两相速度关联的封闭在二阶矩两相湍流模型中至关重要 • 已经有不同的封闭模型，如Simonin(1993) 由联合PDF方程导
出的输运方程模型和Zaichik (1996) 由颗粒的高斯PDF导出的 代数模型 • 周和陈 (1994) 直接导出输运方程，用单时间尺度耗散封闭 • 周和徐 (2001) 引入拉氏分析的轨道交叉效应，惯性效应和连 续效应，改进了Zaichik 的代数模型. • 周和于（2002）进一步提出了双时间尺度耗散的输运方程模 型
gp,ij kvpiviij
双时间尺度耗散模型
g,ip jC g1 T v p pvij
T mip ,n k/
气相耗散率的双时间尺度耗散模型
• 单时间尺度的气相耗散率模型
t u j x j x j t x j kC 1 G k G p C 2
• 双时间尺度的气相耗散率模型。
0.6
0.4
0.2
0.0
X=1.1H X=3.4H
Exp. Iso Diss Model Xu's Model
X=7H
X=14.1H
Zaichik's Model Present Model
结论
• 双时间尺度耗散封闭的两相速度关联方程模型比单时 间尺度耗散封闭的两相速度关联方程模型以及代数模 型给出更好的预报效果
多相湍流流动基础和数值模 拟西安讲课
大纲
• 双时间尺度耗散封闭的两相速度关联模型 • 两相流气相湍流变动的双时间尺度耗散模型 • 考虑颗粒尾涡的流体湍流变动模型 • 稠密气固两相流动的二阶矩两相湍流模型—
USM-模型 • 稠密气固两相流动的双尺度二阶矩两相湍流
模型 • 气泡-液体射流的大涡模拟 • 总的结论
• 两相速度关联的双时间尺度耗散模型比单时间 尺度耗散模型有改进
• 双时间尺度耗散的湍流变动模型比原有的单时 间尺度耗散的模型有改进
• 但是预报的气体湍流度仍低于实验值。 • 进一步应当模拟颗粒尾涡增强湍流的作用。
颗粒尾涡对 湍流变动影响的模型
颗粒尾涡对湍流变动的影响
• 颗粒尾涡中平均速度梯度为 U g U p ，湍动能方 d 程中由于尾涡速度梯度引起的湍动能产生附加 项为： G vivk ，xuki采用简单的混合长模型该 项可以简化为：
G plm 2 u y re u ly re • u ld re lC 3pd 2u d re u ld re 2 l C 3p
tu j x j x j t x j T 1C 1G k G p C 2
T
minrp,
k
旋流两相流动的模拟
2 12 1 no ns w irling flo w
D 1 = 32 mm D2 = 38 mm
D3 = 64 mm D4 = 70 mm
旋流两相流动模拟结果（2）
气相切向脉动速度
0
2
40
1.0
2 0 1 20
1
2 0 1 20
1
2
0.5
0.0
-0.5
-1.0 52
85
112
155
195
315
(实验； -----模型1（单时间尺度模型）；—模型2（双时间尺度模型） )
结论
• 两相速度关联和颗粒对气相湍流耗散率的影响 是影响气体湍流变动的两个重要因素
四种不同的封闭模型
• 单时间尺度耗散的方程模型 • 双时间尺度耗散的方程模型
(周和陈) gp,ij kvpiviij
(周和于)
g,p ijC g1p T vpvij,Tmip n,k/
• Zaichik代数模型
vpvi j
TL TLp
vivj
• 周和徐的代数模型
vpivj
TL TLp
vivj
TL mineii,
leii Vrel
ei i 2TmE 1ii11 SiT tiL 0.4i1 T im 0.0E S 1itiii
St p T mE
TL TmE0.356leiiL2fii1co2s
Lfii2.5TLiiv2
TLii
0.235vivi
突扩流动颗粒速度
0.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.00.0
0.5
0.0
0.5
1.0
1.0
r/R
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
X=1.1H
X=3.4H
Exp. Iso Diss Model Xu's Model
X=7H
Zaichik's Model
X=14.1H
Present Model
突扩流动颗粒脉动速度
0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.2 0.0 0.1 0.2 0.3 1.0 r/R 0.8