气固两相旋流中涡破裂和相互作用机理的研究

本项目拟对气固两相旋流中涡破裂(vortex breakdown)现象和机理以及气固两相旋流中相间相互作用机理和相互影响进行深入和系统地研究。研究的方法主要是直接数值模拟，同时和实验测量相互验证。研究的内容及考虑的因素有：在不同Reynolds数和旋流数的条件下，气固两相旋流涡破裂的类型、机理及其影响因素；两相旋流相间动量耦合对颗粒运动、扩散、分布以及对湍流变动的影响；不同特性的颗粒(Stokes数)在旋流中的响应，扩散、运动和碰撞特性；颗粒间相互碰撞效应在不同旋流流动条件下的对颗粒分布和对湍流变动的影响。

经过3年的努力，完成了全部研究要点。..（1）直接模拟结果成功捕捉到了低雷诺数下的旋流空泡涡破裂现象，展示了空泡涡破裂的三维拟序结构特征。（2）依据Sommerfeld & Qiu (1993)的实验装置模拟了的同轴气固两相旋流，稍有改动；同时依据Billant et al. (1998)的实验装置作了对比模拟。对气固多相流旋转射流中颗粒受力、颗粒分布的统计特性及分布型态、不同St及载荷率下颗粒相的扩散特性等进行了较为系统的研究。（3）通过直接模拟，研究揭示了不同载荷率和不同St数颗粒下的颗粒-涡相互作用及其对湍流变动的影响，同时，比较揭示了载荷率和St对湍流变动的相对重要性及大颗粒和小颗粒引起湍流涡变动的不同途径。（4）直接模拟和离散颗粒耦合，计算了保持颗粒数流率下6种典型的St数的颗粒在旋转射流中的碰撞效应及分布特征，通过颗粒碰撞的概率分布函数研究了旋流中颗粒碰撞在位矢及速度空间中的分布、颗粒碰撞与湍流强度、湍流耗散率的依赖关系、以及颗粒碰撞与湍流雷诺应力分量的关联性等。