SCI和EI收录∣中国化工学会会刊

• TRANSPORT PHENOMENA & FLUID MECHANICS • 上一篇    下一篇

T-形分叉槽道纤维悬浮湍流场的数值模拟

张善亮a; 林建忠a,b; 张卫峰c   

  1. Department of Mechanics, the State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang Univer-sity, Hangzhou 310027, China
    b China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
    c Institute of Marine and Coastal Sciences, Rutgers University, New Brunswick, New Jersey 08903-0231, USA
  • 收稿日期:1900-01-01 修回日期:1900-01-01 出版日期:2007-02-28 发布日期:2007-02-28
  • 通讯作者: 张善亮

Numerical research on the fiber suspensions in a turbulent T-shaped branching channel flow

ZHANG Shanlianga; LIN Jianzhonga,b; ZHANG Weifengc   

  1. a Department of Mechanics, the State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang Univer-sity, Hangzhou 310027, China
    b China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
    c Institute of Marine and Coastal Sciences, Rutgers University, New Brunswick, New Jersey 08903-0231, USA
  • Received:1900-01-01 Revised:1900-01-01 Online:2007-02-28 Published:2007-02-28
  • Contact: ZHANG Shanliang

摘要: The concentration and orientation of fiber in a turbulent T-shaped branching channel flow are investigated numerically. The Reynolds averaged Navier-Stokes equations together with the Reynolds stress turbulent model are solved for the mean flow field and the turbulent kinetic energy. The fluctuating velocities of the fluid are assumed as a random variable with Gaussian distribution whose variance is related to the turbulent kinetic energy. The slender-body theory is used to simulate the fiber motion based on the known mean and fluctuating velocities of the fluid. The results show that at low Reynolds number, fiber concentration is high in the flow separation regions, and fiber orientation throughout the channel is widely distributed with a slight preference of aligning along the horizontal axis. With increasing of Re, the high concentration region disappears, and fiber orientation becomes ho-mogeneous without any preferred direction. At high Reynolds number, fiber concentration increases gradually along the flow direction. The differences in the distribution of concentration and orientation between different fiber aspect ratio are evident only at low Re. Both Re and fiber aspect ratio have small effect on the variance of orientation angle.

关键词: fiber suspension;distribution;orientation;turbulent branching channel flow;numerical simulation

Abstract: The concentration and orientation of fiber in a turbulent T-shaped branching channel flow are investigated numerically. The Reynolds averaged Navier-Stokes equations together with the Reynolds stress turbulent model are solved for the mean flow field and the turbulent kinetic energy. The fluctuating velocities of the fluid are assumed as a random variable with Gaussian distribution whose variance is related to the turbulent kinetic energy. The slender-body theory is used to simulate the fiber motion based on the known mean and fluctuating velocities of the fluid. The results show that at low Reynolds number, fiber concentration is high in the flow separation regions, and fiber orientation throughout the channel is widely distributed with a slight preference of aligning along the horizontal axis. With increasing of Re, the high concentration region disappears, and fiber orientation becomes ho-mogeneous without any preferred direction. At high Reynolds number, fiber concentration increases gradually along the flow direction. The differences in the distribution of concentration and orientation between different fiber aspect ratio are evident only at low Re. Both Re and fiber aspect ratio have small effect on the variance of orientation angle.

Key words: fiber suspension, distribution, orientation, turbulent branching channel flow, numerical simulation