pdf两相流模型有限研究网格混合算法及数值模拟

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1、两相湍流PDF模型研究中，颗粒速度-坐标空间中的PDF输运方程的求解一直以来都是一个难题，本课题组曾依据颗粒PDF方程和轨道方程的对等性，用速度空间局部PDF方程的解析解联合MonteCarlo方法求解，提岀了高维空间中PDF输运方程的“有限分析/颗粒”方法。木文提出一个求解高维空间PDF方程的新方法一一“有限分析/网格(FAG)”方法。根据两相流动屮的颗粒运动过程是一种具有时■空非线性的色噪声系统的随机运动过程，可以提取湍流指数关联特征，建立色噪声扩维方法的两相流PDF输运方程。继而通过高斯积分得到颗粒相的连续方程和动量方程，建

2、立没有封闭的场模型。再从PDF的定义出发，通过对任何量的概率密度积分得到该量的平均值，通过积分法来构造颗粒的任意阶矩，继而得到方程的统计平均拉氏方程组。由场模型和统计平均拉氏方程组共同组成封闭的模型。构造差分格式用数值方法对模型求解，通过计算得到颗粒在流场中的分布，获得完整的“有限分/析网格(FAG)”求解方法。对经典两相流动壁面射流进行数值模拟，对比分析了模拟值和实验值，同时也与“有限分析/颗粒(FA/MC)”进行了结果对比分析。从比较结果发现“有限分析/网格(FAG)方法”能够更为准确的预报颗粒平均速度，脉动速度及颗粒浓度等在

3、流场中的分布；新方法计算结果曲线更为光滑，同时也对颗粒脉动速度的计算结果有了改善。结果表明“有限分析/网格(FAG)方法”求解颗粒PDF方程是可行有效的。关键词：数值模拟，两相流，PDF模型，湍流，有限分析/颗粒方法，有限分析/网格方法ABSTRACTInthestudyoftheparticlePDFtransportequationoftwo-phaseflows,itisalwaysadifficultproblemabouthowtosolvetheparticletransportequationinhigh-dimen

4、sionalvelocity-coordinatespace.OnthebasisoftheequivalenceofthePDFequationandtheparticletrajectoryequation,thefiniteAnalytic/Particleapproachasnumericalmethodwasputforwardinourpreviouswork.InthefiniteAnalytic/Particleapproachmethod,wecombinedtogethertheanalyticalsoluti

5、onofvelocityspacelocal-PDFequationwithMonteCarlomethod.Inthispaper,anewmethodtosolvehigh-dimensionalPDFequation,named—FiniteAnalysis/Gridllapproachispromoted.Consideringthemotionoftheparticleintwophasesflowhasthenatureofspace-timenonlinear,therandomparticlesmotionisre

6、gardedasacolorednoisesystem.Byextractingthecorrelationfeaturesofturbulence,weestablishedatwo-phaseflowPDFtransportequationwithnoiseexpandingdimensionmethod.Inthesecondstep,throughusingGaussintegralskillwegottheparticulatephasecontinuityequationandmomentumequationandfi

7、nishedtheunclosedEulianmodeloftwo-phaseflow.FromthedefinitionofPDF,wecanusetheprobabilityintegraleasilytogettheaveragevalueofanyamountequations.Underthispremiseconstructtheparticlesordermomentequationsandgotthestatisticalaverageequationsfinally.Thenewclosedtwo-phasefl

8、owmodelismadeupoftheunclosedEulianmodelandthemomentequations.Usingnumericalmethodwecansolvedthetwo-phasemodelandwecalltheclo