细颗粒在流动与温度边界层中的运动规律研究

为了解决污染控制时燃烧源产生的细颗粒遇到的问题，本文通过分析已有的实验数据和数值模拟的方法对利用热泳力脱除细颗粒的可能性进行了研究。所得的结果为进一步在实践中研究利用热泳力提高细颗粒的沉降效率进而脱除细颗粒提供了理论分析结果。 本文对水平直通道中绝热和存在温差时已完成的实验数据进行分析。研究了管道中近壁区颗粒的轴向速度、湍流强度和径向速度。分析已有实验数据表明：在温度场存在的气粒两相流中，两相流场的湍流强度和湍动能将会增加而横向速度将会减小。在近壁区的流场，湍流强度、湍动能和横向速度改变的更多。 绝热两相流的数值模拟结果表明颗粒在壁面的跟随性随粒径的增大而下降，近壁区Saffman升力的存在对两相流动的轴向速度影响不大，但对颗粒的浓度分布有一定的影响。2微米和50微米颗粒的浓度变化趋势有所不同。 本文重点模拟了存在温度场的两相流场。讨论了绝热、有温差和添加热泳力三种情况下的两相流场，分析了温度梯度、湍动能、轴向速度和颗粒浓度的变化。数值实验的结果表明在两相流模型中添加热泳力源项会对2微米颗粒在流场中的浓度分布有很大的变化，主流区的颗粒浓度降低，近壁区颗粒浓度在温差不大的时候，提高几十倍。热泳力对粒径为50微米的颗粒也有影响，但是由于颗粒的质量较大，再加上壁面效应，其作用效果远没有2微米颗粒明显，仅在近壁区颗粒的浓度略有升高，而其它部分基本不变。冷却面温度变化时，壁面与主流区的温度差越大，2微米颗粒在壁面处的浓度越高，浓度升高由温度差引起。