槽道湍流内气泡瞬态受力数值研究研究开发-化工进展.PDF

化 工 进 展 ·1980 · CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016 年第35 卷第7 期 研究开发 槽道湍流内气泡瞬态受力数值研究 庞明军，孙涛，代军荣 （常州大学机械工程学院，江苏常州 213164 ） 摘要：为了深入理解气泡在湍流场内的运动机制，使用欧拉-拉格朗日单向耦合数值方法，详细分析了气泡在低 雷诺数槽道湍流场内的瞬态受力情况；其中液相湍流速度场采用直接数值模拟方法求解，气泡的瞬态受力由牛 顿运动方程计算；计算时，考虑了相间阻力、剪切升力、压力梯度力、虚拟质量力、重力对气泡运动的影响。 目前的计算结果表明：气泡所受的瞬态作用力分量同时取决于重力作用方向、液相流向以及气泡所处的法向位 置；不同方向上、不同位置处影响气泡运动的主要作用力分量是不同的；相比较而言，与重力方向垂直的剪切 升力分量在近壁面区域为影响气泡运动的主要作用力，压力梯度力的法向分量在近壁面区域之外为影响气泡运 动的主要作用力，相间阻力分量在整个槽道区域内均为影响气泡运动的主要作用力，除了竖直槽道近壁面处之 外、虚拟质量力也均为影响气泡运动的主要作用力。 关键词：欧拉-拉格朗日模型；单向耦合；直接数值模拟；气泡；受力分析 中图分类号：TK 124 文献标志码：A 文章编号：1000 –6613 （2016 ）07 –1980 –06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.07.007 Numerical investigation on instantaneous forces exerting on bubbles in channel turbulent flows PANG Mingjun ，SUN Tao ，DAI Junrong （School of Mechanical Engineering，Changzhou University，Changzhou 213164，Jiangsu ，China ） Abstract ：In order to deeply understand the motion mechanism of bubbles in turbulent flows ， instantaneous forces exerting on bubbles in a channel turbulence flow with a low Reynolds number were analyzed in details with the Euler-Lagrange one-way method. The liquid-phase turbulence field was computed with direct numerical simulations （DNS ） in Euler reference frame ，and instantaneous forces on bubbles were solved with Newtonian motion equations including drag，shear lift，pressure gradient，virtual mass ，gravity （i.e.，buoyant ） and inertia forces in Lagrange reference frame. The present investigations showed that forces acting on bubbles depended simultaneously on the gravity