Study on the Subgrid Scale Modeling for Particle-Laden Turbulent Flows

含颗粒湍流亚网格尺度建模研究

基本信息

  • 批准号:
    09650189
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1997
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1997 至 1998
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We carried out a direct numerical simulation (DNS) of fluid-solid two-phase turbulent flows to consider the subgrid scale (SGS) modeling in the large-eddy simulation (LES) of particle-laden turbulence.First, we developed a finite-difference scheme to resolve the interaction between fluid turbulence and particle motion.In our method, the flow around a solid particle having a length scale several times larger than the spacing of computational grid, is directly simulated.The particle motion is governed by the surface integral of pressure and viscous stress together with the body force such as gravity.This scheme includes no models in fluid turbulence, particle motion or interaction between them.Then, we examined our new method by applying it to the three-dimensional flow past a sphere fixed in a uniform stream.As for the drag coefficient as well as the unsteady vortex shedding, numerical results agreed with experimental results.When the vortex shedding took place, turbulence energy induce … More d through wake was not fully dissipated in the region near a particle.This non-equilibrium nature was enhanced just after the change in drag force of a particle.Next, we simulated a forced isotropic turbulence and turbulent flow in a plane channel including sphere particles.Particles formed larger structure such as clusters, resulting in an additional scale of energy source for fluid turbulence.In an another setup, the relative position of particles was fixed to observe the turbulence modulation without particle clusters.In this case, total energy was sometimes reduced due to the shift of energy spectra into high wavenumber range, even though particles induced extra.In the wall turbulence, particles were distributed non-uniformly in the channel.In this case, the shed vortices was stretched into the streamwise direction due to the velocity gradient, resulted in the production of Reynolds shear stress.These DNS results of particle-laden turbulent flows suggested some important characteristics to be accounted for in SGS modeling.They are non-equilibrium nature due to unsteady vortex shedding, multiple scale of energy injection to fluid turbulence, the modulation in turbulence length scale by particle distribution, and the Reynolds stress production due to the stretch of shed vortices, for example. Less
针对含颗粒湍流大涡模拟(LES)中的亚格子尺度(SGS)模拟问题,采用直接数值模拟方法对流固两相湍流流动进行了数值模拟。首先,我们开发了一种有限差分格式来解决流体湍流与颗粒运动之间的相互作用。在我们的方法中,直接模拟了长度尺度大于计算网格间距数倍的固体颗粒周围的流动。颗粒的运动由压力和粘性应力的表面积分以及重力等体力共同控制。该格式不包括湍流、颗粒运动或它们之间的相互作用的模型。该方法具有较高的计算精度和较高的计算精度将该方法应用于均匀流中球体的三维流动,得到了阻力系数和非定常旋涡脱落的数值结果,与实验结果吻合较好。当旋涡脱落时,湍动能引起…在粒子附近的区域,更多的直通尾迹并没有完全消散。这种非平衡性在粒子的阻力变化后得到了加强。接下来,我们模拟了强迫各向同性湍流和包含球形粒子的平面通道中的湍流。粒子形成了更大的结构,如团簇,从而增加了流体湍流的能量来源。在另一种装置中,粒子的相对位置是固定的,以观察没有粒子簇的湍流调制。在这种情况下,总能量有时由于能谱向高波数范围移动而减少,尽管粒子诱导了外流。在壁面湍流中,即使粒子诱导外,总能量也会由于能谱向高波数范围移动而减少。在壁面湍流中,即使粒子诱导外,总能量也会由于能谱向高波数范围的移动而减少。在壁面湍流中,颗粒在流道中的分布是不均匀的。在这种情况下,由于速度梯度,脱落涡被拉伸到流向方向,导致雷诺剪应力的产生。这些颗粒湍流的DNS结果表明,SGS模拟中需要考虑一些重要的特征。例如,非定常涡脱落导致的非平衡性质,流体湍流能量注入的多尺度,颗粒分布对湍流长度尺度的调制,以及由于脱落涡伸展而产生的雷诺应力产生。较少

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Kajishima, T., Takiguchi, S., Miyake, Y.: ""Direct Numerical Simulation of Interaction between Turbulence and Particles"" Proc.1998 ASME Fluid Engineering Division Summer Meeting, ASME FED. Vol.245 (CD-ROM) Paper No.5021. (1998)
Kajishima, T.、Takiguchi, S.、Miyake, Y.:“湍流与粒子相互作用的直接数值模拟”Proc.1998 ASME 流体工程部门夏季会议,ASME FED。
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  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
山本恭史: "固気二相チャネル乱流のLES(粒子間衝突の影響)" 日本機械学会論文集 B編. 65巻629号. 166-173 (1999)
Yasushi Yamamoto:“固体-气体两相通道湍流中的粒子碰撞的影响”,日本机械工程师学会会刊,B 版,第 65 卷,第 629 期。166-173 (1999)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
梶島岳夫: "固体粒子を含む乱流の数値シミュレーション" 第4回流動層シンポジウム 講演論文集. 427-436 (1998)
Takeo Kajishima:“含有固体颗粒的湍流的数值模拟”第四届流化床研讨会论文集427-436(1998)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
瀧口智志: "混相乱流の直接数値計算のための粒子まわりの流れの計算法" 第16回混相流シンポジウム講演論文集. 299-300 (1997)
Satoshi Takiguchi:“用于多相湍流直接数值计算的粒子周围流动的计算方法”第16届多相流研讨会论文集299-300(1997)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
梶島岳夫: "Direct Numerical Simulation of Interaction between Turbulence and Particles" ASME Fluid Engineering Division(CD-ROM). Vol.245 No.5021. (1998)
Takeo Kajishima:“湍流与粒子相互作用的直接数值模拟”ASME 流体工程部(CD-ROM)第 245 卷第 5021 号(1998 年)。
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