一种限制周期气固两相流直接数值模拟中整体质量流率的新方法
发布时间：2021-02-19 17:32
全周期边界条件的气固两相流系统是研究气固相互作用的一个常用计算模型。为平衡周期气固系统在流向上的受力,常对系统施加平衡系统总重力的固定压力梯度,但由于数值误差的影响,这种固定压力梯度的方法会使得气固系统整体不断加速进而导致模拟失真.为了降低系统质心加速度的影响,本文先后采用了前人提出的固定整体质量流率方法和本文提出的压力梯度后验修正方法,并对两种方法的模拟结果进行了对比.
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１颗粒的初始分布??Ｆｉｇ．?１?Ｉｎｉｔｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??１．２统计参数??瞬时滑移雷诺数：??
不断加速，如图２所示。因此，为了模拟和研究较??长时间跨度的动态周期气固系统的动力学行为，需??要对系统的整体质量流率进行限制，以防止气固两??相不断加速导致网格速度过大甚至超出不可压缩范??畴，进而使模拟数据失去可靠性。??模拟时间？／１０６??图４两相速度随模拟时间的变化曲线（固定流率法）??Ｆｉｇ．?４?Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ??（Ｆｉｘｅｄ?ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?ｆｌｕｘ?ｍｅｔｈｏｄ）??图３？５分别为采用固定流率法模拟动态系统所??得到的附加修正力、气固两相速度、时均滑移雷诺数??与时均曳力系数随模拟时间的变化曲线。从图３中??可以明显看出，为了使系统整体的质量流率在模拟??过程中能够保持基本不变，需要不断地对系统施加??变化的修正外力。从图４、５的模拟结果来看，扰动??外力的引入能够使气固两相速度在较长的模拟时间??内严格限制于较低水平，并且系统的时均滑移雷诺??数和时均曳力系数会随着模拟时间的增加而趋于稳??定。但是，从图４中也可以看出，由于扰动外力的引??入，系统的两相速度不再单调变化，而是处于脉动??状态，也即整个气固系统一直处于动力学波动状态，??０?１?２?３?４?５??模拟时间＂１０６??图３附加修正力随模拟时间的变化曲线??Ｆｉｇ．?３?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ?ｆｏｒｃｅ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ??ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ??０．００２??需施加的修正力，是上一模拟时间步的质量??流率。??８??却？３？５１—１妄｜??Ｓ—２
由下式计算??得出：??本文设定对模拟过程中的每一时间步都进行外??力修正，也即Ａ〖ｅｘｔ二１；?／ｅｘｔ为当前模拟时间步所??在实际模拟过程中，即便采用了固定压力梯度平衡??两相重力，系统仍然会存在质心加速度，使得气固两??相不断加速，如图２所示。因此，为了模拟和研究较??长时间跨度的动态周期气固系统的动力学行为，需??要对系统的整体质量流率进行限制，以防止气固两??相不断加速导致网格速度过大甚至超出不可压缩范??畴，进而使模拟数据失去可靠性。??模拟时间？／１０６??图４两相速度随模拟时间的变化曲线（固定流率法）??Ｆｉｇ．?４?Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ??（Ｆｉｘｅｄ?ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?ｆｌｕｘ?ｍｅｔｈｏｄ）??图３？５分别为采用固定流率法模拟动态系统所??得到的附加修正力、气固两相速度、时均滑移雷诺数??与时均曳力系数随模拟时间的变化曲线。从图３中??可以明显看出，为了使系统整体的质量流率在模拟??过程中能够保持基本不变，需要不断地对系统施加??变化的修正外力。从图４、５的模拟结果来看，扰动??外力的引入能够使气固两相速度在较长的模拟时间??内严格限制于较低水平，并且系统的时均滑移雷诺??数和时均曳力系数会随着模拟时间的增加而趋于稳??定。但是，从图４中也可以看出，由于扰动外力的引??入，系统的两相速度不再单调变化，而是处于脉动??状态，也即整个气固系统一直处于动力学波动状态，??０?１?２?３?４?５??模拟时间＂１０６??图３附加修正力随模拟时间的变化曲线??Ｆｉｇ．?３?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｃ
本文编号：3041452
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１颗粒的初始分布??Ｆｉｇ．?１?Ｉｎｉｔｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??１．２统计参数??瞬时滑移雷诺数：??
不断加速，如图２所示。因此，为了模拟和研究较??长时间跨度的动态周期气固系统的动力学行为，需??要对系统的整体质量流率进行限制，以防止气固两??相不断加速导致网格速度过大甚至超出不可压缩范??畴，进而使模拟数据失去可靠性。??模拟时间？／１０６??图４两相速度随模拟时间的变化曲线（固定流率法）??Ｆｉｇ．?４?Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ??（Ｆｉｘｅｄ?ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?ｆｌｕｘ?ｍｅｔｈｏｄ）??图３？５分别为采用固定流率法模拟动态系统所??得到的附加修正力、气固两相速度、时均滑移雷诺数??与时均曳力系数随模拟时间的变化曲线。从图３中??可以明显看出，为了使系统整体的质量流率在模拟??过程中能够保持基本不变，需要不断地对系统施加??变化的修正外力。从图４、５的模拟结果来看，扰动??外力的引入能够使气固两相速度在较长的模拟时间??内严格限制于较低水平，并且系统的时均滑移雷诺??数和时均曳力系数会随着模拟时间的增加而趋于稳??定。但是，从图４中也可以看出，由于扰动外力的引??入，系统的两相速度不再单调变化，而是处于脉动??状态，也即整个气固系统一直处于动力学波动状态，??０?１?２?３?４?５??模拟时间＂１０６??图３附加修正力随模拟时间的变化曲线??Ｆｉｇ．?３?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ?ｆｏｒｃｅ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ??ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ??０．００２??需施加的修正力，是上一模拟时间步的质量??流率。??８??却？３？５１—１妄｜??Ｓ—２
由下式计算??得出：??本文设定对模拟过程中的每一时间步都进行外??力修正，也即Ａ〖ｅｘｔ二１；?／ｅｘｔ为当前模拟时间步所??在实际模拟过程中，即便采用了固定压力梯度平衡??两相重力，系统仍然会存在质心加速度，使得气固两??相不断加速，如图２所示。因此，为了模拟和研究较??长时间跨度的动态周期气固系统的动力学行为，需??要对系统的整体质量流率进行限制，以防止气固两??相不断加速导致网格速度过大甚至超出不可压缩范??畴，进而使模拟数据失去可靠性。??模拟时间？／１０６??图４两相速度随模拟时间的变化曲线（固定流率法）??Ｆｉｇ．?４?Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｔｉｍｅ??（Ｆｉｘｅｄ?ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?ｆｌｕｘ?ｍｅｔｈｏｄ）??图３？５分别为采用固定流率法模拟动态系统所??得到的附加修正力、气固两相速度、时均滑移雷诺数??与时均曳力系数随模拟时间的变化曲线。从图３中??可以明显看出，为了使系统整体的质量流率在模拟??过程中能够保持基本不变，需要不断地对系统施加??变化的修正外力。从图４、５的模拟结果来看，扰动??外力的引入能够使气固两相速度在较长的模拟时间??内严格限制于较低水平，并且系统的时均滑移雷诺??数和时均曳力系数会随着模拟时间的增加而趋于稳??定。但是，从图４中也可以看出，由于扰动外力的引??入，系统的两相速度不再单调变化，而是处于脉动??状态，也即整个气固系统一直处于动力学波动状态，??０?１?２?３?４?５??模拟时间＂１０６??图３附加修正力随模拟时间的变化曲线??Ｆｉｇ．?３?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｃ
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