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生物質(zhì)鍋爐新聞動態(tài)
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鍋爐爐內(nèi)空氣流場的數(shù)值模擬模型
發(fā)布時間:2012-10-28 15:58 來源:未知
鍋爐爐內(nèi)的氣流流動是非常復(fù)雜的三維湍流流動,近幾十年的時間里國內(nèi)外的學(xué)者、專家對湍流進行了深入的研究,但由于湍流過程十分復(fù)雜,目前對湍流問題的研究仍處于探索其結(jié)構(gòu)、機理和描述方法的階段。
鍋爐爐內(nèi)流場的數(shù)值模擬主要分為氣相湍流流動數(shù)值模擬和氣固兩相流動數(shù)值模擬。
(1)氣相流動的數(shù)值模擬
目前氣相湍流模擬主要有直接數(shù)值模擬(DNS)、大渦模擬(LES)、離散渦模擬
(DVS)和雷諾時均方程出發(fā)的統(tǒng)觀模擬四種模型。
直接數(shù)值模擬(DNS):是在湍流尺度網(wǎng)格內(nèi)不引入任何封閉模型前提下對Navier-Stokes (N-S)方程直接求解,這種方法能對湍流流動中最小尺度渦進行求解,要求大量的網(wǎng)格點和時間步長以達到統(tǒng)計的穩(wěn)定狀態(tài),因此,DNS僅用于雷諾數(shù)相對較低的湍流流動模擬。
大渦模擬(LES):基于網(wǎng)格尺度封閉模型及對大尺度渦進行直接求解N-S方程的大渦模擬方法可以模擬湍流發(fā)展過程中的一些細節(jié),但由于其計算量仍很大,也僅僅用于比較簡單的剪切流動和管流。
離散渦模擬(DVS):DVS目前用來模擬湍流中大尺度粘附結(jié)構(gòu),可最直接運用于粘性效應(yīng)可忽略的高雷諾數(shù)情況,能獲得混合層和尾渦中大尺度渦旋機理的本質(zhì),目前也得到了一定程度的運用。
雷諾時均方程出發(fā)的統(tǒng)觀模擬:以上三種方法由于計算技術(shù)和自身的發(fā)展不夠成熟等因素的限制,運用到具有實際意義的工程中仍有相當(dāng)困難,F(xiàn)在及未來一段時間內(nèi)可用于工程上的模擬方法仍然是由雷諾時均方程出發(fā)的統(tǒng)觀模擬方法。這類模型是將雷諾時均方程及湍流特征量輸運方程中的高階未知關(guān)聯(lián)項用時均量來表達,從而使雷諾時均方程封閉,目前運用最廣的是k-E雙方程模型。
(2)氣固兩相流動數(shù)值模擬
氣相流場中加入顆粒相,描寫兩相流動的運動參量與單相流動相比幾乎增加一倍,另外各相的體積濃度、分散相顆粒的大小、各相的物理性質(zhì)和流動形態(tài)都有很大的變化,氣固兩相流模擬中顆粒相的模擬成為關(guān)鍵。目前兩相流的數(shù)值模擬主要有兩種方法:一種是把流體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)而把顆粒相作為離散體系,在拉格朗日坐標(biāo)系下描述顆粒運動的軌道模型;另一種則是把流體作為連續(xù)介質(zhì),把顆粒相作為擬流體介質(zhì)在歐拉坐標(biāo)系下描述顆粒群運動的雙流體模型。氣固兩相模型又可具體分為:無滑移模型、軌道模型和雙流體模型。
無滑移模型:這種模型不考慮相間的溫度和速度滑移,直接把單相流體的概念推廣到懸浮流中,把整個懸浮流看成一種單一流體,不需要顆粒的動量和能量方程,只需解顆粒群的質(zhì)量方程,這種模擬方法的最大優(yōu)點是簡單,但離實際情況相差較大,因而不適宜工程運用。
軌道模型:考慮了顆粒相與流體相的相互作用,易于描述單顆粒的復(fù)雜經(jīng)歷,又可分為:確定軌道模型和隨機軌道模型。確定軌道模型不考慮顆粒的湍流擴散,通過引入隨機軌道或漂移速度修正軌道位置來反映顆粒擴散;隨機軌道法直接在拉格朗日坐標(biāo)系下求解瞬態(tài)顆粒運動方程,考慮流體脈動對顆粒的作用,計算顆粒的隨機軌道和其變化經(jīng)歷,一般認為流體湍流局部各向同性、脈動速度符合當(dāng)?shù)氐母咚狗植肌?br />
雙流體模型把顆粒相看成與流體相占據(jù)同一空間而且相互滲透的擬流體,空間各點流體與顆粒都有各自不同的速度、溫度、體積分?jǐn)?shù)和相對滑移。顆粒群有自身的質(zhì)量、動量和能量的湍流輸運,顆粒相可按初始和當(dāng)?shù)爻叽绶纸M,顆粒相的模擬是雙流體模型發(fā)展的核心。
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