湍流圆射流中多分散液滴演化的群体平衡与大涡模拟耦合模型
流体动力学
2020-11-12 v2
摘要
将群体平衡模型与大涡模拟(LES)耦合并应用于研究湍流射流中油滴的演化，包括液滴破碎效应。在湍流多相射流中模拟二次破碎的一个关键未知量是喷口附近一次破碎区内生成的入口尺寸分布。为简便起见常采用单分散注入入口条件，但该选择往往不真实。为给LES提供更真实的入口条件，我们建立了一维(1D)颗粒模型，以预测沿射流中心线的分散相演化，该演化由平流、径向湍流输运以及靠近喷口处因湍流引起的液滴破碎共同导致，而这些区域无法用粗分辨率LES解析。该模型利用远离喷口的实验数据进行了验证。该1D模型还用于生成粗分辨率湍流射流LES的初始尺寸分布。离散液滴尺寸分布的每个区间的数密度场采用欧拉LES方法建模，并对每个区间求解标量输运方程。LES结果与已发表的实验数据对比良好，我们考察了两种液滴韦伯数下速度场统计量与多分散油滴羽流浓度。我们发现不同液滴尺寸的浓度中心线衰减率在破碎主导区发生改变。与雷诺平均方法不同，LES还使我们能够量化由湍流引起的尺寸分布变异性。我们量化了索特平均直径、总表面积和液滴破碎时间尺度等关键量的径向与轴向分布及其变异性，并探讨了它们对韦伯数的敏感性。
引用
@article{arxiv.2006.13419,
title = {Coupled population balance and large eddy simulation model for polydisperse droplet evolution in a turbulent round jet},
author = {Aditya Aiyer and Charles Meneveau},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.13419},
year = {2020}
}
备注
Accepted in Physical Review Fluids