基于VOSET的黏弹性气液两相湍流直接数值模拟

作     者：王艺 程哲 薛文第 宇波 WANG Yi;CHENG Zhe;XUE Wen-Di;YU Bo

作者机构：中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/石油工程教育部重点实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 北京石油化工学院机械工程学院北京102617 

出 版 物：《工程热物理学报》 (Journal of Engineering Thermophysics)

年 卷 期：2019年第40卷第4期

页      面：821-828页

核心收录：

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.51576210) 中国石油大学(北京)科研基金(No.2462015BJB03 No.C201602) 北京市高水平创新团队建设计划项目(No.IDHT20170507) 

主　　题：黏弹性 气液两相流 湍流 VOSET 直接数值模拟 

摘      要：本文将相界面追踪高效方法VOSET与黏弹性减阻流体Giesekus本构关系相结合,建立了黏弹性气液两相流动的控制方程.研究发现减阻剂的存在使得计算稳定性相对于无减阻剂情况大幅下降,主要原因为相界面处引入了较大的黏弹性应变梯度,加剧了本构方程求解的不稳定性,使得可计算的顶盖拖动速度限制在1～2 m·s^(-1)的狭小范围内,影响了对黏弹性气液两相湍流特征的研究。通过用光滑的Heaviside函数对相界面附近的黏弹性应变进行插值,有效增强了数值稳定性,将可计算的顶盖拖动速度范围扩展至50 m·s^(-1)。采用改进后的方法在较宽的雷诺数范围进行了直接数值模拟,确认了减阻剂较大地抑制了液相湍流脉动,从而对气液两相湍流流动起到减阻作用,加剂后液相的平均流速增大约37%～86%。