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水动力学研究与进展. ... .
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衍气液两
郭烈锦张鸣远郭秀丽·厶,
西安交通大霉王多葙蕊冒,重点实验室,西安

摘要本文详细讨论了一个用来模化气一液两相泡状流的一紊流模型推广形式该模型将两
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两个时间常数模型,该模型与均匀两相紊流数据和管流数据符合很好。模型中各系数仍使用单相—
模型的形式,只新引入了气泡虚拟窖积系数这一参数运用该模型不但可令人满意地计算紊流各量的变
关键调气一液两相陋状流,紊流扰动一,
前言茜氘,
两相流紊流模型的研究和发展是进行精确的两相流计算流体动力学分析所必备的条件。在多
维两相流计算流体动力学的发展中,很重要的一步就是将两流体模型中雷诺应
力结构条件公式化,早期工作之一即是& 运用混合长度理论对垂直管内泡状流
中的相分布特性所作的分析。而第一个使用—模型来进行全闭合的数值流体动力学模化、预
报垂直管道内泡状流横截面上的相分布特性的是等人,等人将
该项工作进一步推广成一模型并用来研究紊流的各相异性现象。
至今为止,可用于两相流紊流模型发展的实验数据基础是很少的。等人曾使
用型热膜探针测量了管内泡状流中的剪切应力和正应力,使用单头边界层热膜
探针和三头圆锥形热膜探针测量了管道内上升和下降泡状流。和都研究了液体折
算速度大于/时的两相流紊流衰变现象即在流动中引入气泡后液体紊流度的减小现象。
和等人则使用技术测量了均匀两相流栅格诱导生成的紊动。
进一步开展理论和实验两方面的研究工作,构造与两相流一模型相适应的必要的结构条
件方程,充实有关两相流紊动及其它参数的实测数据,是完善和发展多维两相流计算流体动力学
的当务之急。
本文将从标准的单相—模型出发,先介绍均匀紊流衰变的分析解,然后将讨论两种可能
的两相流—模型变化形式下的两相流紊流动能方程,这两种形式的紊流动能方程各自的优点
将以静止液箱中气泡的上升、泡状流中紊动的均匀衰减两种最简单的泡流紊动为例来具体论述。
最后将应用其中最好的模型来分析泡状管流中相分布效应和紊流衰减特性。
本文于年月日收到。国家自然科学基金资助项目
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郭烈锦等:气一液两相泡状流一紊流模型
单相紊流动能传输方程
对~ 方程和液体速度的脉动分量的点积进行时间平均可导出雷诺应力守恒方程,取这
些方程的微分即可得到紊动动能守恒方程为
~ ·。一: 一
式中,紊动动能由下式定义:
,
一号
为压力脉动分量;是液体密度; 为液体运动粘度方程右边第一项为一扩散项;第二项为
紊动动能积,它恒等于平均流的动能损耗;最后一项表示粘性耗散,由于它是一平方量,所以是
一恒正的有限量。
单相—模型
该模型是由和阻提出来的,它是建立在方程右边各项的一组结构条
件关系式的基础上的。它采用了惯常的关联式对积项中的雷诺应力张量进行了模化,也即夸
一
这里是紊流运动粘度。
与此类似,扩散项可模化成:
“’一一
最后一项紊动耗鼓率白々定义为
。垒而
因此紊流动能传输方程可以写成如下形式
一·