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携带颗粒的各向同性湍流直接数值模拟与大涡模拟研究的任务书
一、研究背景
湍流是自然界中具有普遍存在的一种现象。它在工程中的研究和应用具有重要的现实意义。在湍流中，颗粒的运动具有很强的随机性，其运动与周围流场的相互作用十分复杂。目前，湍流颗粒运动研究的热点方向之一是直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES），这两种方法均有其独特的优点和适用范围。
二、研究目标
本研究旨在通过对携带颗粒的各向同性湍流的直接数值模拟和大涡模拟的研究，探究湍流颗粒运动的规律，为湍流颗粒运动的工程应用提供理论支撑。具体目标如下：
1.建立携带颗粒的各向同性湍流数值模型，通过对代表性流动参量（如雷诺数、颗粒数浓度等）的变化，分析携带颗粒的各向同性湍流的特征。
2.运用直接数值模拟的方法，对颗粒物体与流场之间的相互作用进行数值模拟，研究颗粒物体质量正比于涡旋平均动能的情况下，流场中颗粒物体运动特性的变化规律。
3.运用大涡模拟的方法，研究湍流流场中颗粒物体在不同涡旋等级下的运动特性及其与流场状态的相互关系。
4.将直接数值模拟和大涡模拟两种方法得出的结果进行对比分析，并探讨两种方法的适用范围与差异。
三、研究内容
1.携带颗粒的各向同性湍流数值模型的建立。
在本研究中，我们将采用理论分析和计算流体力学中的方法（如有限容积法、体积力源法等），建立符合实际工程需求的携带颗粒的各向同性湍流数值模型。
2.直接数值模拟的方法，对颗粒物体与流场之间的相互作用进行数值模拟。
首先，利用已建立好的各向同性湍流数值模型，运用直接数值模拟方法对颗粒物体和流场之间的相互作用进行数值模拟。其次，通过对数值模拟结果的分析，探究颗粒物体质量正比于涡旋平均动能的情况下，流场中颗粒物体运动特性的变化规律。
3.大涡模拟的方法研究湍流流场中颗粒物体在不同涡旋等级下的运动特性。
在本研究中，运用大涡模拟方法，研究湍流流场中颗粒物体在不同涡旋等级下的运动特性及其与流场状态的相互关系。通过对数值模拟结果的分析，研究不同涡旋等级下，颗粒的拖曳效应、碰撞效应、沉积效应以及聚集效应等对颗粒物体运动的影响。
4.直接数值模拟和大涡模拟方法的比较与分析。
将直接数值模拟和大涡模拟两种方法得出的结果进行对比分析，并探讨两种方法的适用范围与差异。通过对结果的分析和比较，为湍流颗粒运动的工程应用提供理论依据。
四、研究方法
本研究采用计算流体力学中的理论模型和方法，利用高端计算机开展携带颗粒的各向同性湍流直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）的研究。
五、研究意义
本研究的开展，有助于深入探究携带颗粒的各向同性湍流颗粒运动的规律及其与湍流流场的相互作用关系，为湍流颗粒运动工程应用提供理论支撑和指导。此外，本研究还将丰富计算流体力学在湍流颗粒运动领域的应用，推动相关理论和技术的进一步发展。