龙卷旋涡的大涡模拟及能量分离机理.PDF

第 22 卷 第 3 期 燃 烧 科 学 与 技 术 Vol.22 No.3 2016 年 6 月 Journal of Combustion Science and Technology Jun. 2016 DOI 10.11715/rskxjs.R201603030 龙卷旋涡的大涡模拟及能量分离机理 1, 2 1 1 1 李 科 ，胡 羽 ，黄兴亮 ，祁海鹰 (1. 清华大学热能工程系，北京 100084 ；2. 内蒙古科技大学能源与环境学院，包头 014010) 摘 要 ：为揭示龙卷旋涡内部的能量分离机理，探索这种特殊旋涡的形成条件，采用亚网格动能 (k 方程)、有限容 积方法对基于 Ranque-Hilsch 效应的旋涡发生器内部及外部空间可压缩强旋气流进行了大涡模拟 (LES)研究．模拟结 果再现了强旋气流的特征以及实验观察到的能量分离和真空度分布规律．结果表明，常温气流在强烈旋转时会形成 径向温度梯度 (即所谓的“能量分离”) ，其根本原因是旋转流动产生的径向压力梯度和气体的可压缩性协同作用所 致；同时发现，在切向进气的喷嘴喉部存在局部降温现象，这有待实验进一步证实．研究结果为深入认识龙卷旋涡 特性提供了重要依据． 关键词 ：龙卷旋涡；Ranque-Hilsch 效应；真空度；大涡模拟；能量分离机理 中图分类号：TB712 文献标志码 ：A 文章编号 ：1006-8740 (2016)03-0198-08 Tornado-Like Vortex Flow and Its Mechanism of Energy Separation by Large-Eddy Simulation 1,2 1 1 1 Li Ke ，Hu Yu ，Huang Xingliang ，Qi Haiying (1．Department of Thermal Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084 ，China ； 2．School of Energy and Environment ，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou 014010 ，China) Abstract ：Large-eddy simulation (LES)of strong swirl turbulent flow in the internal and external space of a vortex tube is conducted in this paper by an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE)approach ，a sub-grid-scale kinetic energy stress model an