气液固三相湍流变动的数值模拟

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气液固三相流动是多相流体力学中非常重要和难以解决的问题之一,由于多相流的复杂湍流变动,目前对于多相流的研究,重点还在于两相流,对三相湍流变动正在开展和进行中。本文是在气固两相湍流变动的基础上,增加液相,分析液相的加入对气固湍流变动的影响,为气液固三相湍流变动研究的开展做铺垫。文中用基于Realizable k-方程湍流模型的RANS模拟和极细的网格系,对颗粒的气液两相绕流进行了定常三维数值模拟(仅限圆球雷诺数R ep=dpUrel不小于400)。在单圆球的气液两相绕流模拟中发现:液相的加入减缓了中心线上流向速度的恢复,增强了颗粒尾涡效应,并且气相湍动能增量随着液含率的增加而增加。在气液两相绕流的模拟中,通过改变液含率、颗粒直径、来流速度、气体和液体的密度、气体和液体的粘性以及颗粒的间距和位置,发现气液两相湍动能的最大值出现在颗粒尾涡附近,这说明颗粒的存在增强了气液两相湍动能,并获得了气液两相湍动能的增量与各因素之间的关系,即跟液含率成正比例关系,跟颗粒直径成正比例关系,跟来流速度成正比例关系,跟气液的密度成正比例关系,跟气液的粘度成反比例关系,跟颗粒之间的间距成反比例关系。模拟结果还发现:由于液相的加入,在颗粒迎风面前缘滞止点附近出现气相湍动能的最大值,但是在颗粒背风面尾迹处的气相湍动能相对于入口处气相湍动能也是增加的,这表明颗粒尾涡效应增强气相湍动能的结论在气液两相的颗粒绕流中仍然成立;多颗粒并列布置时,展向速度在湍流变动中起关键作用;多颗粒串列布置时,流向速度占主导地位。
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