湍流標量輸運過程中的Schmidt數識別

朱 嵩,劉國華,程偉平,黃躍飛

(1.廣東省電力設計研究院,廣東 廣州 510663;2.浙江大學建筑工程學院,浙江 杭州 310058;3.清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室,北京 100084)

在湍流傳質和傳熱過程中,濃度擴散系數和溫度擴散系數不僅和流體的屬性有關,而且和流動狀態密切相關。由于湍流在時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散系數是時間和空間的函數,所以相對于物性參數,擴散系數的取值相對較為困難。在湍流傳質研究過程中,一般引入Schmidt數來表達湍流的擴散能力。Schmidt數是一個無量綱參數,定義為動量擴散和質量擴散之比。

由于湍流Schmidt數和具體的湍流場有較大關系,因而很多學者進行了大量的調查、試驗和數學模型研究。Tominaga等[1]調查總結了射流、濁流、邊界層羽流彌散和建筑物附近的流動中的湍流Schmidt數的經驗取值,指出湍流Schmidt數對預測結果具有較大的影響,應該根據不同類型的流動具體研究。He等[2]采用RANS方法對在橫流中的射流的湍流Schmidt數對射流混合的影響進行了研究,認為此情況下湍流Schmidt數取0.2能較好地符合試驗數據。張曉航等[3]對無剪切湍流混合層中被動標量的擴散進行了數值模擬,結合煙粒子擴散風洞試驗研究了不同Schmidt數對被動標量擴散的影響。Xu[4]研究了高Schmidt數弱擴散條件下湍流中被動標量的混合,計算中Schmidt數達到了1024,泰勒尺度雷諾數約為8。Dudukovi?等[5]研究了湍流Schmidt數對降液膜的質量傳輸率的影響,指出湍流雷諾數通過影響湍流譜來影響湍流Schmidt數,其主要原因來源于高頻和低頻湍流脈動對傳熱傳質輸運的不同影響。……