本项目拟提出切实可行的中高雷诺数气固两相湍流运动的直接数值模拟理论和方法,并对气固两相三维湍流射流、气固两相三维湍流绕流和气固两相三维湍流旋流的湍流拟序结构的空间分布、颗粒相与气相湍流相互作用机理,以及颗粒相的湍流扩散进行直接数值模拟和实验研究、分析气固两相湍流运动中湍流涡团的发生、发展和耗散的演化和能量的输运过程。
本项目对气固两相三维混合层流动、气固两相三维湍流射流,以及气固两相三维绕管束流动等进行了较为系统的直接数值模拟和部分实验研究,着重研究了这些流动中湍流拟序结构的特征,以及气固两相之间的湍流相互作用的机理。分析了气固两相三维管束绕流后尾迹中卡门涡街的发展过程和下游拟序结构的空间发展特征,揭示了管束近壁处涡的生成和脱离的演变过程和在这一过程中颗粒相的存在对其的影响机理,以及颗粒相的存在对气相涡结构的形成和耗散过程的影响。另外,根据直接数值模拟的结果,还定量地描述了不同尺寸的颗粒在湍流运动中的湍流扩散程度和颗粒的运动特性。本项研究工作对推动气固两相湍流运动数值模拟的进一步发展将起到积极作用。