气溶胶力学-第09章-气溶胶气固两相流动的湍流数学模型

华北电力大学环境科学与工程学院气溶胶力学任课教师：杨官平二○一五年八月封面气固两相流的数值模拟方法气固两相流的基本知识湍流气固两相流的基本守恒方程组第09章气溶胶气固两相流动的

湍流数学模型9.1气固两相流的数值模拟方法按照系统坐标特性分类，气固两相流的数值模拟方法可以分为两种：欧拉—拉格朗日法：在欧拉坐标系下考察流体的运动，在拉格朗日坐标系下考察颗粒的运动。欧拉—欧拉法：在欧拉坐标系下考察流体的运动，在欧拉坐标系下考察颗粒的运动。一、欧拉—拉格朗日法（颗粒轨道模型）假设流体是连续介质，在欧拉坐标系下考察流体的运动。颗粒是离散体系，在拉格朗日坐标系下考察颗粒的运动。优点：概念清楚。计算简单。可预测单颗粒运动轨迹。缺点：难以处理颗粒的湍流扩散。颗粒浓度高时收敛性差。不易推广到三维及高浓度情况。二、欧拉—欧拉法（双流体模型）假设流体是连续介质，在欧拉坐标系下考察流体的运动。颗粒是连续介质，在欧拉坐标系下考察颗粒的运动。优点：可以完整地考虑颗粒相的各种湍流输运过程。颗粒相和流体可以采用统一的数值方法。计算量可以不是很大，可以为工程所接受。预报结果可以直接与实验结果对照。缺点：无。9.2气固两相流的基本知识双流体模型的基本假设相内的微观真实值和体平均值气固两相流的分类两相间的作用力一、双流体模型的基本假设在流场的每一位置，颗粒相和流体相共存并相互渗透，每一相具有各自的速度、温度和体积分数，每组颗粒具有相同的速度和温度。每组颗粒相具有连续的速度、温度和体积分数分布。每组颗粒相除与流体有质量、动量和能量的相互作用外，还具有自身的湍流脉动，造成颗粒的质量、动量和能量的湍流输运，且颗粒脉动取决于对流、扩散及流体相的相互作用。颗粒碰撞会引起附加的颗粒粘性、扩散和热传导。二、相内的微观真实值和体平均值如果考虑控制体内的微观流场，则不同的相占据不同的空间。如果考虑控制体内的宏观流场，则各相占据同一空间且相互渗透，每一相具有各自的速度、温度和体积分数。对单相流体推导的基本方程仅能适用于每一相内部的微观流动，因此，为了描述宏观流场，必须使用体平均的概念，也就是说，表示宏观流场性质的每一变量都是控制体内该变量的体平均值。二、相内的微观真实值和体平均值三、两相流中几种密度及体积分数三、气固两相流的分类

1.气固两相流的类型气固两相流的类型有两种：稀相气固两相流：气相中悬浮着很少的固体颗粒，称为稀相气固两相流。稠相气固两相流：气相中悬浮着很多的固体颗粒，称为稠相气固两相流，或浓相气固两相流，或密相气固两相流。2.气固两相流的分类方法根据颗粒的体积百分数，将气固两相流分为两种：稀相气固两相流：颗粒的体积百分数<5%，称为稀相气固两相流。稠相气固两相流：颗粒的体积百分数≥5%，称为稠相气固两相流，或浓相气固两相流，或密相气固两相流。2.气固两相流的分类方法颗粒群中的颗粒运动是由气体动力以及颗粒之间相互碰撞的两种力所支配。根据颗粒群的运动机理，将气固两相流分为两种：稀相气固两相流：颗粒之间相互碰撞很少，颗粒的运动主要由地气体动力所支配。稠相气固两相流：颗粒之间及颗粒与壁面之间碰撞较频繁，颗粒的运动主要由颗粒之间及颗粒与壁面之间碰撞来决定。3.气固两相流的类型对建立两相流数学模型的影响颗粒群中的颗粒运动是由空气动力以及颗粒之间相互碰撞的两种力所支配。稀相气固两相流：主要考虑流体对颗粒的作用，不需考虑颗粒对流体的作用。稠相气固两相流：既要考虑流体对颗粒的作用，也要考虑颗粒对流体的作用，形成双向耦合作用；能够考虑颗粒间的碰撞、凝聚等作用。四、两相间的作用力在气固两相流中，由于流体和颗粒具有各自的平均速度和脉动速度，因而两相速度场之间必会产生如下的作用力：流体相与颗粒相间存在的平均速度差而产生的阻力。流体脉动速度相互关联而产生的雷诺应力。颗粒相脉动速度相互关联而产生的雷诺应力。颗粒间的相互碰撞及颗粒与壁面之间的碰撞产生的颗粒相应力。流体相与颗粒相间脉动速度相互关联作用。其它因素（如壁面对流体和颗粒运动的影响等）。9.3湍流气固两相流的基本守恒方程组将两相流瞬时守恒方程组作雷诺时均，得两相流时均守恒方程组。忽略气体密度脉动、忽略气体密度脉动和速度脉动的三阶关联、对湍流输运项进行模拟，可得湍流两相流的守恒方程组。假设气体为不可压流体。假设为稀相气固两相流。假设两相之间无相变。一、连续方程一、连续方程