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中文摘要：
建立湍流场中的圆柱状粒子在受到Stokes阻力、重力、浮力、附加质量力等力时的方程；导出用流场脉动速度表示的粒子脉动速度和脉动角速度；建立粒子脉动线位移关联函数和角位移关联函数与流场脉动速度关联函数的关系；根据粒子扩散和位移的联系，推出粒子位移扩散系数和旋转扩散系数。研究粒子对流场脉动速度的影响，为此推导含圆柱状粒子影响的流体脉动速度方程；建立求解圆柱状粒子两相湍流场的双向耦合方法；用由此得到的流场脉动速度求解粒子的扩散系数；然后代入粒子分布函数方程求解粒子的运动。将以上理论和方法用于圆管、槽道和圆射流场，求解得到粒子的位置和取向分布以及流场的湍动特性；进行管流、槽流和圆射流的相关实验，以验证理论和方法的合理性与有效性。该研究成果能加深对圆柱状粒子两相湍流的认识，为工程应用提供指导性结论，使我国在圆柱状粒子两相湍流的研究方面跻身国际先进行列。
结论摘要：
推导出纤维悬浮湍流场的修正的雷诺平均运动方程和平均纤维取向的概率密度分布函数方程。发展了逐级迭代方法计算纤维平均取向分布以及湍流场中悬浮流的平均与脉动关联量。提出湍流中粒子取向分布模型，将粒子取向脉动分布函数与脉动速度的关联项用平均量的梯度和扩散系数的乘积表示，在此基础上，用特征值方法数值求解柱状粒子取向概率分布函数的脉动方程。建立描述小长径比半稀相纤维悬浮剪切流有效粘度的新表达式，给出有效剪切粘度与浓度的关系，说明在小长径比半稀相纤维悬浮剪切中，有效剪切粘度与浓度不再是线性关系。提出了纤维悬浮湍流场模型来描述纤维的取向分布，采用特征值方法求推导用流场脉动速度表示的粒子脉动速度和脉动角速度，然后建立脉动取向分布函数和角速度关联项与取向分布函数梯度的关系，从而得到自洽的纤维取向分布函数的平均方程。由数值计算得到纤维的取向分布函数，最后得到剪切应力和第一法向应力差。推导了一个柱状粒子下落时碰到两个柱状粒子的动力学方程，并进行数值求解。结果表明下落粒子初始碰撞点和初始取向对于碰撞过程粒子的运动有重要影响，碰撞粒子接触时间随粒子长径比增加而增加。研究还导出能表征众多因素影响碰撞过程的综合参数。
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