高温高压多相流体动力学理论与应用PDF电子书下载

第一章 基本概念 1

1.1 引言 1

一、多相流定义 1

二、多相流实例 1

三、学科发展概况 2

1.2 多相流特点 2

1.3 流型与流型图 3

1.4 主要参数定义 6

一、物质密度和表观密度 6

二、气相体积分数或空隙度 7

三、气相质量分子、气相质量流量分数及装填比 7

四、体积比与质量比 8

五、颗粒间距 8

六、颗粒的拟流体假设 9

1.5 混合物热力参数 9

一、密度 9

二、压强及状态方程 9

三、比内能、比焓与比熵 10

四、比热容 10

1.6 张量表示法 11

一、向量 11

二、向量点积和约定求和法 11

三、坐标系统的旋转 11

四、克罗尼克尔符号 12

五、向量叉积与置换张量 12

六、张量场的微分 13

1.7 雷诺输运定理 14

一、流体运动的描述 14

二、雷诺输运定理 15

1.8 牛顿内摩擦定律 17

一、流体微团运动的分析 17

二、运动流体的应力 18

三、应力和变形的关系，本构方程 19

1.9 流体力学基本方程 20

一、连续方程 20

二、运动方程 21

三、能量方程 22

1.10 二维层流边界层 24

一、边界层概念 24

二、平面边界层微分方程 25

三、边界层动量积分关系式 26

第二章 湍流基础 27

2.1 湍流运动的现象与性质 27

一、湍流与雷诺实验 27

二、湍流运动特点 27

2.2 流态过渡（层流稳定性与湍流起源） 29

一、层流稳定性 29

二、小扰动方程组 29

三、奥尔-索默菲尔德方程 31

四、拇指曲线 32

五、影响层流稳定性的其他因素 32

2.3 统计平均法 33

一、时间平均法 33

二、空间平均法 34

三、系综（统计）平均法 34

四、各态遍历假设 34

五、时间平均法则 34

2.4 湍流的连续方程 35

2.5 湍流的运动方程——雷诺方程 36

2.6 湍流的能量方程 37

一、湍流瞬时流动的能量方程 37

二、湍流时均流动的总能量方程 38

三、湍流时均流动的部分能量方程 39

四、湍流流动的部分能量方程 40

2.7 湍流模型 40

一、基本方程组的封闭性 40

二、湍流脉动动能方程（k方程） 40

三、雷诺应力方程 41

四、湍流能量耗散率方程（ε方程） 42

五、工程计算中的双方程模型 43

第三章 颗粒及颗粒群特性 45

3.1 作用在颗粒上的力 45

一、体积力 45

二、表面力 46

3.2 压力梯度力 46

3.3 定常阻力 47

一、阻力系数 47

二、斯托克斯定律 48

三、各种因素对阻力系数的修正 50

3.4 作用于颗粒的非常定力 54

一、虚拟质量力 54

二、贝赛特力 57

3.5 贝塞特-鲍瑟内斯克-奥森方程 58

一、贝塞特（Basset）-鲍瑟内斯克（Boussinesq）-奥森（Oseen）方程 58

二、颗粒在均匀流场中的运动 59

3.6 速度梯度力 61

一、马格努斯（Magnus）力 61

二、滑移-剪切升力 62

三、综合运动方程 62

3.7 颗粒的传热特性 63

一、斯托克斯流情况 63

二、大雷诺数的修正 64

三、稀薄效应修正 64

四、辐射热流强度 65

3.8 颗粒-流体间的质量输运 65

一、颗粒表面的质量运输 65

二、d2定律 66

3.9 颗粒群尺寸分布 67

一、分布的基本概念 67

二、对数正态分布 68

三、洛辛-雷默勒（Rosin-Rammler）分布 69

3.10 颗粒群流态化动力学 70

一、非稳态情况下阻力的一般公式 70

二、稳态条件下固定床压降公式 71

三、流化床阻力公式 71

第四章 数值计算模型 72

4.1 面积分数的统计关系式 72

4.2 单流体模型 73

一、基本假设 73

二、基本方程 74

三、颗粒质量源的物理解释 77

4.3 小滑移连续介质模型 80

4.4 分散颗粒群模型 82

4.5 颗粒轨道模型数值解法（PSIC方法） 85

一、流体场诸守恒方程及其离散化 85

二、颗粒运动方程式 86

三、颗粒轨道 87

四、颗粒群源项 87

五、PSIC方法的求解过程 88

4.6 颗粒群的湍流扩散及其数值计算 88

4.7 多流体模型 92

一、基本假设 92

二、基本方程 92

4.8 多流体模型的平均场守恒方程 95

一、平均的概念 95

二、局部瞬时守恒方程及边界突跃条件 97

三、平均场守恒方程推导 98

4.9 颗粒悬浮体多流体模型数值解法 101

第五章 液体雾化和气泡动力学 103

5.1 引言 103

5.2 液体射流的不稳定性 103

一、液体射流过程 103

二、射流稳定曲线 104

三、失稳过程 104

5.3 液体的雾化 105

一、扰动振幅的影响 105

二、液体系统的外形 106

三、雾化装置中的各种力 106

5.4 孔口气泡的生成 107

一、气泡形成过程 107

二、作用于气泡上的力 108

三、气泡尺寸 108

5.5 单个液滴的运动 109

5.6 气泡运动 111

一、小气泡的运动 111

二、非常大的气泡 113

三、适用于各种范围的经验公式 113

5.7 液滴的破碎与合并 114

5.8 液体推进装置中液滴散布的理论模型 117

一、气象流场 117

二、湍流场 118

三、液滴方程 119

四、相互作用时间 119

第六章 通过多孔介质的流动 121

6.1 多孔介质 121

一、多孔介质的特点及分类 121

二、多孔介质的基本结构参数 122

三、基本特性描述 123

6.2 达西定律 124

一、一般表达式 124

二、渗透率 125

三、达西定律物理理解 125

四、达西定律的推广 126

五、连续方程 127

6.3 均匀流体通过多孔介质的定常流动 127

一、基本方程 127

二、一维平行流 128

三、平面径向流 128

四、球形向心流 129

6.4 均匀流体通过多孔介质的非定常流动 130

一、基本方程 130

二、一维水平流的例子 131

6.5 混合流体通过多孔介质的流动方程组 133

第七章 高温高压气-固多相流工程应用 135

7.1 火炮膛内过程描述 135

7.2 火炮内弹道零维模型及应用 135

一、物理模型 135

二、内弹道零维方程组 136

三、内弹道零维模型的求解方法 139

四、例题计算 139

7.3 点火管内多相流场数值模拟 140

一、金属点火管多相流数值模拟 140

二、可燃点火管数值模拟 146

三、可燃点火管与金属点火管比较 147

7.4 火炮膛内一维多相流数值模拟 147

一、某大口径坦克炮一维两相流数值模拟 147

二、串联多药室内弹道两相流数值模拟 155

三、平衡炮发射技术两相流数值模拟及安全性分析 169

四、高密实火药床燃烧转爆轰的数值模拟 180

7.5 多维多相流工程应用 184

一、分装式复杂结构轴对称两维多相流数值模拟 185

二、激光多点点火二维两相流数值模拟 198

三、中心点火装药结构三维多相流内弹道数值模拟 203

7.6 颗粒轨道模型及应用 211

一、混合颗粒床中一维颗粒轨道模型及其数值模拟 211

二、中心点火结构轴对称两维 218

7.7 格子Boltzmann方法在气固两相流中的应用 223

一、气固两相流动复杂动边界的格子Boltzmann方法研究与应用 224

二、气固相间相互作用的格子Boltzmann方法研究与应用 233

三、火炮点火管气固两相流动过程模拟与透气性研究 238

7.8 高阶近似黎曼解模型在某制导炮弹膛内双一维两相流中的应用 242

一、物理模型 243

二、数学模型 243

三、两相流近似黎曼解数值计算方法 244

四、双一维两相流近似黎曼数值模拟结果及分析 250

7.9 内弹道气固两相反应流动CFD-DEM耦合模型及应用 251

一、CFD-DEM气固两相流数学模型 251

二、气-固两相作用源项 254

三、邻居搜索及接触判断 255

四、颗粒生成 257

五、数值求解方法 259

六、基于CFD-DEM耦合模型的某制导炮弹点传火特性研究 262

第八章 气固等离子体高温高压多相流工程应用 269

8.1 电热推进基本原理 269

8.2 高压放电等离子体的基本性质 270

一、等离子体存在的基本条件 270

二、等离子体状态方程 271

三、等离子体守恒方程 272

8.3 含能材料等离子体瞬态点火过程的数值模拟 273

一、等离子体点火过程的数学物理模型 273

二、数值计算结果与分析 274

8.4 含能材料等离子体点火过程的强瞬态两维热传导分析 275

一、含能材料等离子体点火过程的数学物理模型 275

二、数值计算方法 277

三、数值计算结果与分析 278

四、结论 281

8.5 等离子体点传火过程一维两相流数值模拟 281

一、引言 281

二、等离子体点火过程一维多相流模型 282

三、数值求解方法 288

四、等离子体点火过程两相流模拟及结果分析 288

8.6 电热化学炮内弹道二维模型及数值计算 290

一、基本方程 291

二、辅助方程 292

三、等离子体模型 293

四、数值方法 294

五、计算结果及分析 294

第九章 高温高压气液多相流工程应用 297

9.1 液体发射推进原理 297

一、整装式液体发射药推进装置的内弹道循环 297

二、再生式液体发射药推进装置的内弹道循环 297

9.2 液体射流破碎和雾化机理 300

9.3 再生式喷射模型 301

9.4 射流破碎雾化的轴对称颗粒轨道模型 304

一、物理模型 304

二、数学模型 305

三、初始条件和边界条件 306

四、数值模拟结果与分析 306

9.5 RLPG内弹道过程的多维多相流数学物理模型及计算 307

一、物理模型 307

二、数学模型 308

三、RLPG内弹道过程多维多相流模型的数值计算方法 313

四、RLPG内弹道多维多相流算例 316

第十章 多相流测试技术 321

10.1 引言 321

10.2 颗粒尺寸及尺寸分布测量 321

一、显微镜法 322

二、筛分法 322

三、沉降法 322

四、气体筛分法 323

五、光散射法 324

六、利用光散射-脉冲的振幅测量液滴和气泡尺寸 324

10.3 孔隙度测量 325

一、射线吸收法 325

二、阻抗法 325

三、容积法 326

四、孔隙度的其他测量方法 326

10.4 粉尘浓度测量 327

一、直接测量法 327

二、粉尘浓度的间接测量法 330

10.5 多相流压力及压降测量 331

一、基本测量方法及特点 331

二、引压系统 331

三、压力波动问题 333

四、身管武器膛内压力测试 333

10.6 流速的测量 336

一、流速测量问题简介 336

二、用皮托-静压管测多相混合物流速 337

三、暗场摄影技术 338

四、激光多普勒风速仪 339

五、粒子图像测速技术 339

10.7 质量流量测量 340

一、差压法 341

二、科里奥利力式流量计 343

参考文献 344