项目名称: 浮力射流在悬浮液中的输运机理及卷积特性基础研究

项目编号: No.51469035

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 水利工程

项目作者: 林文贤

作者单位: 云南师范大学

项目金额: 48万元

中文摘要: 为了有效和合理地利用浮力射流在固-液悬浮液中的输运机理和卷积特性于环境治理和工程技术应用中,了解和掌握其瞬时流动特征和内在规律是至关重要的。但目前这方面的研究工作还十分欠缺。浮力射流在悬浮液中的流动涉及多尺度流动(层流、湍流和转捩流)和多相流动(水和固体污染微粒如蓝藻及化学生物试剂),其三维瞬时输运机理和卷积特性是十分复杂的。本项目综合利用目前处于研究前沿的DNS和LES 数值模拟方法,PIV实验方法以及标度分析等研究手段对浮力射流在悬浮液中的三维瞬时流动行为进行深入研究,揭示浮力射流在悬浮液中的输运机理和卷吸掺混特性,探索非牛顿流动特性对浮力射流的卷积、失稳和湍流形成的影响,建立表征浮力射流在悬浮液中卷积掺混程度的参数与流动的控制参数和悬浮微粒的特性参数之间的物理数学模型,并开发用于非牛顿流动的新型亚格子LES湍流模型,为流体力学、湍流理论、工程水利学、环境科学等提供新内容。

中文关键词: 浮力射流;数值模拟;悬浮液;输运机理;卷积

英文摘要: It is essential to fully understand the transient behavior and intrinsic laws of buoyant jets in solid-liquid suspensions if we want to effectively and optimally use their transport mechanisms and entrainment characteristics in environmental improvement and industrial applications. Nevertheless, this understanding is currently lacking. The flows of buoyant jets in suspensions are multi-scale (laminar, turbulent, and transitional) and multi-phase (water and micro solar particles such as cyanobacteria and chemical particles) and their transport mechanisms and entrainment characteristics are very complicated. In this project, we will comprehensively use the cutting-edge DNS and LES numerical simulation techniques, PIV experimental facilities and scaling analysis to carry out an in-depth investigation of the three-dimensional transient flow behavior of buoyant jets in suspensions. It will reveal the transport mechanisms and entrainment characteristics of buoyant jets in suspensions and explore the effects of the non-Newtonian fluid behavior of the suspensions on the entrainment, instability and turbulence generation in buoyant jets. It is expected that this project will establish the scaling laws between the representative parameters of the entrainment and mixing of buoyant jets in suspensions and the governing parameters of the flows. The project will also develop new sub-scale turbulence models used for the LES of non-Newtonian fluid flows of this type. The outcomes of this project will provide insightful new knowledge for fluid mechanics, turbulence theory, engineering hydraulics and environmental sciences.

英文关键词: Buoyant jet;Numerical simulation;Suspension;Transport mechanism;Entrainment

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