微纳颗粒两相流系统中湍流脉动效应研究综述

杨海林，林建忠

(浙江大学 航空航天学院 流体工程研究所，杭州 310027)

0 引 言

在自然界和工程实际应用的气固两相流中，固相的颗粒如粉、尘、烟、霾等不仅受到流体相的输运作用，其自身还往往出现由物理或化学作用导致的生长、凝并（颗粒碰撞后形成一个颗粒）、破碎等现象。颗粒一般动力学方程（General dynamic equation, GDE），又称颗粒数平衡方程（Population balance equation, PBE），可用来描述颗粒相数密度在流体输运下出现以上现象后的演变过程[1]。

在大多数情况下，两相流处于湍流状态，湍流导致的流动无序性与多尺度特性，使得两相湍流变得很复杂，因而更具有研究价值。流场物理量的脉动是湍流场的一个重要特征，对于湍流脉动特性的研究，其科学意义不仅局限于湍流或多相流领域[2]。本文关注微纳颗粒两相湍流中的湍流脉动效应，在微纳颗粒两相湍流中，颗粒的形成与生长受到环境因素如流场速度、流场剪切率、化学组分浓度、温度、压力等的影响，而这些环境因素会受到湍流脉动的影响变化，所以颗粒的形成和生长速率会受到湍流脉动的影响。于是，若不考虑湍流的脉动而仅仅用平均后的环境因素来计算颗粒的形成和生长就会与实际情形产生偏差。例如，在云层凝结的过程中，湍流导致的温度脉动会使水蒸气饱和度发生变化，从而使得用平均参数给出的云雾颗粒形成率与生长率与实际不符[3-8]。在实验室条件下，湍流造成的温度脉动、物质组分脉动也不可忽略[9-11]，否则会使实验测量结果产生偏差[12-13]。……