文档介绍：第 24 卷
第 3 期应用力学学报 Vo l. 24
No. 3
2007 年 9 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Sep. 2007
文章编号: 1000
4939( 2007) 03
0335
04
压力梯度对边界层两相流动稳定性的影响*
谢明亮1
林建忠2, 1
( 浙江大学
310027
杭州) 1
( 中国计量学院
310018
杭州) 2
摘要: 分析了有压力梯度的边界层两相流动稳定性, 推导出类似于 Saffman 理论的修正的稳定性
方程, 数值计算采用高精度的谱方法。结果说明, 压力梯度对边界层两相流动稳定性有显著的影
响, 顺压梯度增强流动稳定性, 而逆压梯度则促进流动失稳。在不同的压力梯度和浓度下, Stokes
数对流动稳定性的影响是一致的, 存在一个临界 Sto kes 数, 小 Stokes 数促进流动失稳, 而大
Stokes 数则提高临界雷诺数, 抑制流动失稳的最佳 Stokes 数为 10 的量级。
关键词: 压力梯度; 边界层; 两相流; 流动稳定性
中图分类号: O359
文献标识码:
A
的一个重要分支。
1
引
言对于边界层两相流动稳定性的研究, 目前的方
法和结论还比较少。A smo lov[ 9] 将 Saffman 理论用
气粒两相流动广泛地出现在各种工业应用中, 于层流边界层稳定性的研究。其结论与 Saffman 的
如气力输送、旋风分离器、化学反应器等。多年以分析相吻合; 并且颗粒对平行流动和非平行流动的
前, 人们已经知道悬浮在气体中的颗粒对湍流有调平板边界层稳定性的作用是一致的。
制作用。[ 1] 的实验说明在气力输送中加
Sproull , , 主流压力梯度对边界层的稳定性有重要影响。
入气体中的颗粒能显著减少阻力系数。从那以后, [ 10] [ 11]
Schlichting 和 Reed 对有压力梯度的单相边界
颗粒对湍流流动的作用已经成为气固两相流动理论
层稳定性进行了系统的阐述, 认为顺压梯度增强稳
中的一个重要研究方向。
定性, 而逆压梯度则促进流动失稳; 并且说明尽管主
颗粒对湍流的调制作用可以转化为两相流动的
流速度与压力梯度有关, 但是在分析流动稳定性时
稳定性以及层流的发展演化问题。Saffm an[ 2] 首先
采用无压力梯度时的计算方法是可行的。
对此问题进行了分析, 他认为, 流场中细颗粒促进流
动失稳, 而粗颗粒对流动有稳定作用。本文采用 Saffm an 理论, 得到有压力梯度的平
边界层是一种典型的剪切流动, 是其它实际的板边界层两相流动稳定性方程。数值计算采用高精
[ 12]
非均匀流动的理论基础。在壁面附近, 湍流主要由度的谱方法。通过计算分析, 探讨了主流压力梯
速度梯度产生。Kur tz[ 3] , Jordinson[ 4] , Gro sch 和度对边界两相流动层稳定性的作用规律。
Or szag[ 5] , Zebib[ 6] 等人研究了平板边界层单相流
动的稳定性, 形成了比较系统的研究方法。此外, 2 控制方程
Bertolotti[ 7] , H