湍流標(biāo)量輸運(yùn)過(guò)程中的Schmidt數(shù)識(shí)別

朱 嵩,劉國(guó)華,程偉平,黃躍飛

(1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510663;2.浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310058;3.清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

在湍流傳質(zhì)和傳熱過(guò)程中,濃度擴(kuò)散系數(shù)和溫度擴(kuò)散系數(shù)不僅和流體的屬性有關(guān),而且和流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。由于湍流在時(shí)間上的非定常性和空間上的各向異性,因而濃度或溫度的擴(kuò)散系數(shù)是時(shí)間和空間的函數(shù),所以相對(duì)于物性參數(shù),擴(kuò)散系數(shù)的取值相對(duì)較為困難。在湍流傳質(zhì)研究過(guò)程中,一般引入Schmidt數(shù)來(lái)表達(dá)湍流的擴(kuò)散能力。Schmidt數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱參數(shù),定義為動(dòng)量擴(kuò)散和質(zhì)量擴(kuò)散之比。

由于湍流Schmidt數(shù)和具體的湍流場(chǎng)有較大關(guān)系,因而很多學(xué)者進(jìn)行了大量的調(diào)查、試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型研究。Tominaga等[1]調(diào)查總結(jié)了射流、濁流、邊界層羽流彌散和建筑物附近的流動(dòng)中的湍流Schmidt數(shù)的經(jīng)驗(yàn)取值,指出湍流Schmidt數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果具有較大的影響,應(yīng)該根據(jù)不同類型的流動(dòng)具體研究。He等[2]采用RANS方法對(duì)在橫流中的射流的湍流Schmidt數(shù)對(duì)射流混合的影響進(jìn)行了研究,認(rèn)為此情況下湍流Schmidt數(shù)取0.2能較好地符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。張曉航等[3]對(duì)無(wú)剪切湍流混合層中被動(dòng)標(biāo)量的擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)合煙粒子擴(kuò)散風(fēng)洞試驗(yàn)研究了不同Schmidt數(shù)對(duì)被動(dòng)標(biāo)量擴(kuò)散的影響。Xu[4]研究了高Schmidt數(shù)弱擴(kuò)散條件下湍流中被動(dòng)標(biāo)量的混合,計(jì)算中Schmidt數(shù)達(dá)到了1024,泰勒尺度雷諾數(shù)約為8。Dudukovi?等[5]研究了湍流Schmidt數(shù)對(duì)降液膜的質(zhì)量傳輸率的影響,指出湍流雷諾數(shù)通過(guò)影響湍流譜來(lái)影響湍流Schmidt數(shù),其主要原因來(lái)源于高頻和低頻湍流脈動(dòng)對(duì)傳熱傳質(zhì)輸運(yùn)的不同影響。……