洁净室亚微米颗粒污染的模型模拟研究

采用基于欧拉框架下的Small Slip Model颗粒拟流体模型和Three Layer Model壁面沉积边界条件,并运用标准的k-ε湍流模型和壁面函数方法对非单向流洁净室内亚微米颗粒污染物的输运和分布结构进行数值模拟。模拟结果和实验结果具有较好的一致性,说明所采用的计算模型和方法具有良好的合理性和适用性。洁净室内颗粒污染物的输运和分布特征受空气流场的制约,尤其是室内存在的回流区和旋涡区,对污染控制和排除效率有着重要的影响。此外,颗粒的湍流扩散作用在对流作用较弱的区域发挥着重要的作用,对其机理的正确认识和分析有助于提高模型研究的准确性。     

湍流模型对预测街道峡谷污染物扩散的影响

文章选取标准k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、realizablek-ε湍流模型和单方程Spalart-Allmaras涡黏系数模型对街道峡谷附近的流动和汽车尾气污染物扩散进行了模拟,并与风洞试验值进行了比较,结果表明,4种模型对街谷壁面的浓度预测在趋势上与试验值基本一致,Spalart-Allmaras模型的预测效果最好,realizablek-ε模型预测最差,而标准k-ε模型和RNGk-ε模型的预测介于其间;RNGk-ε模型和realizablek-ε模型的修正作用在预测建筑物尖角和顶部附近的流动处有所体现,但对街谷内浓度分布的预测仍不如标准k-ε模型;本文从流场分布的特点对4种模型的浓度预测差别进行了解释,证明了壁面浓度与其附近的速度和湍流黏性系数的分布相对应。     

风向对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对长高比为5的街道峡谷(简称街谷)在0°～90°风向下流场和污染物浓度场进行了数值模拟. 结果表明: 0°～75°风向时,街谷内流场呈明显的三维特性,90°风向时,流动表现出中长街谷的二维特点;风向对街谷内壁面污染物浓度的分布有显著影响,90°风向下的街谷壁面浓度最大,其次是45°风向,其余风向下的相对较小,污染物浓度的计算值与风洞试验值在趋势上吻合较好;壁面污染物浓度的分布由街谷内长度方向漩涡、来流冲角产生的进口回流及沿长度方向的流动所决定,壁面浓度的分布差异均可从附近的流场获得解释. 街道峡谷内长度方向的漩涡模拟过强会导致地面附近污染物浓度的计算值偏离试验值.      

近壁面猝发湍流对颗粒物起尘机理的探讨

应用象限分析对在环境风洞中模拟的平坦近壁面湍流进行了研究,探讨了近壁面湍流的间歇性结构与猝发现象,观察了颗粒物起动的过程,探讨了猝发湍流对颗粒物的作用机理.结果表明,比平均雷诺切应力高1 个量级的瞬时雷诺切应力,时间分担率小于 20%,而对平均雷诺切应力的贡献率却达到 50%.近壁面层湍流猝发行为中抛射和外交换对颗粒物的飞起有支配作用,导致的瞬时雷诺切应力足以使颗粒物脱离地表进入空中.以 10 倍平均雷诺应力来估计抛射行为导致的瞬时雷诺切应力,考察瞬时雷诺切应力对颗粒物起动的作用,得到了与经验公式一致的起尘临界摩擦速度公式.在颗粒物起动研究中,对于可表征湍流在空间和时间上间歇性猝发特点的瞬时雷诺切应力,应引起足够的重视.     

建筑间距对大气流动及输移特性影响的模拟研究

采用修正的k-ε湍流模型对不同建筑间距情况下的大气流场、污染物浓度场进行模拟研究。模拟研究结果表明,气流遇到建筑物发生绕流,风速为3m/s的气流在建筑物附近的最大抬升速度达到1.98m/s,气流绕过建筑物后湍动能增强,建筑物后污染物的扩散区域变大;建筑物的布局对气流流动和污染物浓度分布有着很大影响,在不同建筑间距情况下,建筑物尾流区的流场形态有着明显的不同,尾流区内污染物的分布也存在差别。研究结果对认识多个建筑物附近的气流和污染物分布有重要意义。     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.      

雨滴表面惯性粒子捕集的湍流效应数值分析

雨滴对气溶胶粒子的清除系数与捕集效率密切相关,并依赖于雨滴附近的气流型式.考虑到实际大气背景均为湍流状态,分别对层流和湍流状态下大尺寸雨滴表面上惯性粒子的捕集过程进行了数值模拟,讨论了湍流脉动对不同粒子轨迹的畸变和扰动.结果表明,层流条件下的模拟结果与已有的实验结果具有很好的一致性.若对雨滴的绕流附加一个湍流强度,则雨滴附近流动速度的随机变化将对粒子的运动轨迹产生明显的影响,导致惯性粒子在湍流状态下被雨滴捕获的效率大于层流捕集效率,湍流脉动效应对粒子捕集效率的提高幅度随粒子尺度的增大而减弱.     

竖直弯管中含固体颗粒分散泡状流冲蚀预测

目的研究竖直弯管在含固体颗粒分散泡状流下的冲蚀规律,探究管内气液分布、颗粒分布及三维冲蚀形貌之间的关系。方法提出基于VOF模型和DPM模型的瞬态冲蚀数值计算方法,利用Oka等人提出的冲蚀模型及Grant和Tabakoff提出的颗粒-壁面碰撞模型计算管壁冲蚀速率。结果基于VOF和DPM模型的CFD冲蚀计算结果与经验模型及简化CFD模型的计算结果相比,更接近实验值。分散泡状流中,固体颗粒大部分分散在液相中,管道不同截面处的含液率与颗粒粒含量相关性较大,下游直管段和弯头处固体颗粒的粒含量大于上游直管段。含固体颗粒弯管在分散泡状流作用下,冲蚀区域较大,冲蚀最严重位置出现在弯头出口处附近。结论含砂分散泡状流冲蚀条件下,竖直弯管冲蚀形貌与管内气液固分布直接相关,多相流冲蚀瞬态仿真方法可较准确计算气液固分布并预测管道冲蚀。     

机动车尾流区CO2扩散特征的数值分析

为了研究车辆运动过程中尾流区排放污染物的扩散情况,通过CFD软件FLUENT 6.1.22TM中湍流模型和组分输运方程对单辆货车尾流区内的气流速度、湍流动能和排气管排放的CO2浓度的分布进行了模拟.通过模拟结果与风洞实验的数据对比验证了模拟结果的适用性.分析了车速,排气管出口温度和湍流动能对货车尾流区内CO2扩散过程的影响,结果表明,由于出口直径和流速相对较小,排气管射流对尾流区流场的影响不明显;在排气管出口处CO2的浓度梯度最大,且随着与车尾距离的增加浓度迅速减小;尾流区内CO2在x、y、z3个方向上的浓度变化速度均随车速的增加而增加;且在尾流区内相同位置处.车速越大CO2浓度越低;排气管出口与外部环境温差对污染物扩散的影响仅局限于距离车尾0.75倍车长范围内;湍流动能最大值出现在尾流区内,有利于CO2的稀释和扩散.     

颗粒轨道模型用于烟气脱硫喷淋塔两相流数值模拟

以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.