PDF的两相湍流模型的有限分析/网格算法

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颗粒速度-坐标空间中的PDF输运方程的求解方法在两相湍流PDF模型研究中是难题,本课题组曾提出高维PDF输运方程的“有限分析/颗粒”计算方法,其理论是依据颗粒PDF方程和轨道方程的对等性,获得速度空间局部PDF方程的解析解,再结合Monte Carlo方法进行联合求解。本文提出一个高维PDF方程求解的新方法——“有限分析/网格方法”,首先对两相湍流颗粒速度—位置联合PDF输运方程进行约化,获得两个不同层次的输运方程,即颗粒速度PDF方程和空间分布PDF方程。一方面运用Fokker-Planck方法求得颗粒速度PDF方程的解析解;另一方面结合有限差分方法对空间分布PDF方程进行求解,得到颗粒在流场的空间分布。并对理想两相流动进行数值试验,用得到的模拟结果与实验值进行对比分析,结果表明“有限分析/网格方法”求解颗粒PDF方程是可行的。运用这一新方法对一个经典的两相壁面射流进行数值模拟,同时使用“有限分析/颗粒方法”,将两种方法得到的模拟结果与实验值进行了比较。结果发现“有限分析/网格方法”更为准确的预报颗粒相的平均速度:改善了颗粒脉动速度的计算;能够比较简便地计算颗粒浓度,获得光滑的颗粒浓度分布。
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