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布朗运动和湍流扩散作用下槽流中纤维悬浮流动特性的研究

夏懿 库晓珂 沈苏华

布朗运动和湍流扩散作用下槽流中纤维悬浮流动特性的研究

夏懿, 库晓珂, 沈苏华
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  • 为了探讨槽道中纤维悬浮湍流场特性,本文对修正的雷诺平均纳维-斯托克斯方程、含纤维项的湍动能和耗散率方程、纤维动力学方程以及纤维取向概率密度函数方程进行了数值研究,同时进行了相关实验以验证计算结果.研究结果表明,流场中尤其是近壁区域,纤维取向趋向于与流动方向一致,且该现象随着雷诺数和纤维浓度的减小以及纤维长径比的增大而更为明显.纤维在槽道中分布不均匀,但随着雷诺数的增大和纤维长径比的减小趋于均匀.相对于单相流,纤维悬浮流的流向平均速度剖面更陡峭,且剖面斜率随着纤维浓度、长径比的增大以及雷诺数的减小而变大,纤维的存在使湍流场的湍动能和雷诺应力减小,且减小程度随着纤维浓度和长径比的增大以及雷诺数的减小而增加.流场中的第一法向应力差小于0.05且远小于剪切应力.从壁面到中心,剪切应力增加而第一法向应力差减小.剪切应力和第一法向应力差都随着纤维浓度和长径比的增大而增大.随着雷诺数的增大,剪切应力增大而第一法向应力差减小.纤维浓度对于剪切应力和第一法向应力差的影响比纤维长径比更显著.
      通信作者: 夏懿, dynamic_xia@zju.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金重大项目(批准号:11132008)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-05
  • 修回日期:  2016-07-12
  • 刊出日期:  2016-10-05

布朗运动和湍流扩散作用下槽流中纤维悬浮流动特性的研究

    基金项目: 

    国家自然科学基金重大项目(批准号:11132008)资助的课题.

摘要: 为了探讨槽道中纤维悬浮湍流场特性,本文对修正的雷诺平均纳维-斯托克斯方程、含纤维项的湍动能和耗散率方程、纤维动力学方程以及纤维取向概率密度函数方程进行了数值研究,同时进行了相关实验以验证计算结果.研究结果表明,流场中尤其是近壁区域,纤维取向趋向于与流动方向一致,且该现象随着雷诺数和纤维浓度的减小以及纤维长径比的增大而更为明显.纤维在槽道中分布不均匀,但随着雷诺数的增大和纤维长径比的减小趋于均匀.相对于单相流,纤维悬浮流的流向平均速度剖面更陡峭,且剖面斜率随着纤维浓度、长径比的增大以及雷诺数的减小而变大,纤维的存在使湍流场的湍动能和雷诺应力减小,且减小程度随着纤维浓度和长径比的增大以及雷诺数的减小而增加.流场中的第一法向应力差小于0.05且远小于剪切应力.从壁面到中心,剪切应力增加而第一法向应力差减小.剪切应力和第一法向应力差都随着纤维浓度和长径比的增大而增大.随着雷诺数的增大,剪切应力增大而第一法向应力差减小.纤维浓度对于剪切应力和第一法向应力差的影响比纤维长径比更显著.

English Abstract

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