中文摘要：

本项目针对颗粒/颗粒群两相流动和传热问题,创新性地提出并发展了基于多重直接扰动的内嵌边界方法、基于流体涡量-速度耦合求解的内嵌边界方法、基于多重直接热源的内嵌边界方法以及两相流动全尺度直接数值模拟的大规模并行算法。这一系列算法在笛卡尔坐标系下考虑颗粒的有限体积，能够更加精确地满足相界面上的无滑移边界条件，具有精度高、效率高、易于实现、可捕捉颗粒尾涡及颗粒壁面附近边界层微观流动、可用于研究颗粒间相互作用及大密度比两相间全面的耦合作用及其影响规律等优点。经过与实验数据和前人研究进行广泛对比验证后，使用该方法研究了两相流动和传热领域尚未很好解决的若干基础问题。发现在扰动来流的影响下，颗粒尾部流体具有三种截然不同的流动状态，展现出不同的阻力/升力特性；单个颗粒模型对颗粒与流体之间的相互作用估计偏大，而颗粒群模型对颗粒与流体之间的相互作用估计偏小；给出了Nu、Re、Pr数以及管束列数间的关系；发现颗粒的直径越大，对第一排管束造成的磨损越严重。总的来说，本项目不仅提出了新的内嵌边界方法，而且在两相流动和传热的应用中获得了一些很有价值的结论，具有十分重要的科学意义，必将推进本学科的进一步发展。