項(xiàng)目簡介： 本項(xiàng)目屬多相流體力學(xué)和燃燒（即物理-化學(xué)流體力學(xué)）。

主要研究內(nèi)容：1）顆粒湍流和氣體湍流；2）湍流燃燒和反應(yīng)；3）兩相燃燒的顆粒彌散和顆粒反應(yīng)。

研究的科學(xué)價(jià)值是：

（1）發(fā)現(xiàn)顆粒和氣泡的湍流脈動(dòng)比流體的強(qiáng)，橫向脈動(dòng)和縱向脈動(dòng)的比值比流體的更小、大顆粒的彌散比小顆粒的快，顆粒和粗糙壁碰撞增強(qiáng)其法向脈動(dòng)和削弱其縱向脈動(dòng)，顆粒和顆粒之間的碰撞削弱了顆粒大尺度脈動(dòng)等新現(xiàn)象，證實(shí)了顆粒/氣泡"追隨" 流體而脈動(dòng)理論的錯(cuò)誤。首創(chuàng)了k-epsilon-kp和二階矩兩相湍流模型

（2）發(fā)現(xiàn)旋流擴(kuò)散火焰無皺褶的薄火焰面，旋流的增強(qiáng)使NOx生成先降低后增大等新規(guī)律，證實(shí)了現(xiàn)有商業(yè)軟件中廣泛應(yīng)用的簡化燃燒模型的不合理性。首創(chuàng)了雷諾平均和大渦模擬的二階矩湍流燃燒模型

（3）發(fā)現(xiàn)兩相燃燒中顆粒彌散和顆粒燃燒同等重要，首創(chuàng)了雙流體-軌道和全雙流體兩相燃燒模擬方法。

研究結(jié)果被國內(nèi)外同行公認(rèn)為，提出和發(fā)展了顆粒湍流和湍流反應(yīng)的理論模型。發(fā)表英文專著1本，中文專著5本，國外期刊論文72篇，國內(nèi)期刊論文134篇，國際會(huì)議論文123篇。被SCI收錄61篇、EI收錄123篇，SCI他引161次（其中10篇代表性論著被SCI他引101次），"中國科學(xué)引文庫"收錄132篇，他引345次。曾在國際會(huì)議上被邀請做大會(huì)和主題報(bào)告共9次。

曾獲95年國家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（第一獲獎(jiǎng)人），95年光華科技一等獎(jiǎng)（唯一獲獎(jiǎng)人）。95年電力部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（第二獲獎(jiǎng)人）， 92年全國電力科技圖書一等獎(jiǎng)（唯一獲獎(jiǎng)人）和部委二等獎(jiǎng)三項(xiàng)（第一獲獎(jiǎng)人兩項(xiàng)），實(shí)用新型專利一項(xiàng)（第二發(fā)明人）。

基于研究成果自主研制了模擬多相湍流流動(dòng)和燃燒的多種大型程序軟件，已在水力旋流器、旋風(fēng)除塵器、水泥窯爐、煤粉燃燒器、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研制設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。所研制的新型旋風(fēng)除塵器經(jīng)過鑒定，保持高收集效率的情況下降低阻力30%，獲專利一項(xiàng)。水泥窯爐數(shù)值模擬用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)，通過鑒定。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

1. 首創(chuàng)了稀疏氣體-顆粒兩相流動(dòng)的k-epsilon -kp和二階矩兩相湍流理論模型以及液體-氣泡-顆粒的二階矩三相湍流理論模型，為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。發(fā)現(xiàn)一定情況下，和"追隨理論"的預(yù)期相反，射流和逆流區(qū)中，顆粒和氣泡的湍流脈動(dòng)強(qiáng)度比氣體或液體的強(qiáng)，大顆粒的比小顆粒的強(qiáng)，亦即大顆粒的彌散比小顆粒的快，顆粒的橫向脈動(dòng)和縱向脈動(dòng)的比值比氣體或液體的更小、亦即橫向擴(kuò)散比縱向的更小，從而表明了經(jīng)典的顆粒/氣泡"追隨" 流體而脈動(dòng)的Hinze-Tchen理論模型，即顆粒/氣泡脈動(dòng)總是比氣體/液體的小的錯(cuò)誤[多相流體力學(xué)，文1，2，3，4]。

2. 提出了壁面粗糙度對顆粒和壁面碰撞作用的理論模型，為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。發(fā)現(xiàn)顆粒和粗糙壁碰撞后，壁面粗糙度增強(qiáng)其法向脈動(dòng)和削弱其縱向和切向脈動(dòng)，亦即使顆粒脈動(dòng)能量（或雷諾正應(yīng)力）在不同方向上重新分配。無論是忽略顆粒和壁面碰撞作用或是忽略壁面粗糙度的作用的理論，都是錯(cuò)誤的[多相流體力學(xué)，文5]。

3. 提出了稠密兩相流動(dòng)的二階矩兩相湍流理論模型，為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。發(fā)現(xiàn)顆粒的大尺度湍流脈動(dòng)和顆粒之間的碰撞形成的小尺度脈動(dòng)有相互影響，顆粒之間的碰撞削弱了顆粒大尺度湍流脈動(dòng)，無論忽略顆粒的大尺度湍流脈動(dòng)�；蚝雎灶w粒之間的碰撞形成的小尺度脈動(dòng)、或忽略顆粒脈動(dòng)的各向異性，都是錯(cuò)誤的[多相流體力學(xué)，文6]。

4. 首創(chuàng)了湍流燃燒/反應(yīng)二階矩理論模型，用于雷諾平均的（RANS）模擬和大渦模擬，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)。發(fā)現(xiàn)只有射流擴(kuò)散火焰中有皺褶的薄火焰面，旋流擴(kuò)散火焰中不存在皺褶的薄火焰面，顯示了RANS模擬的火焰面模型的局限性。發(fā)現(xiàn)旋流度的增加改變了湍流度，使總氮氧化物生成先降低后增大。現(xiàn)有商業(yè)軟件中廣泛應(yīng)用的渦旋破碎和簡化概率密度燃燒模型和實(shí)驗(yàn)不符合，不能預(yù)報(bào)出這種結(jié)果[物理-化學(xué)流體力學(xué)，文7，8]。 

5. 提出了兩相燃燒的雙流體-軌道和全雙流體模擬方法，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)相符。發(fā)現(xiàn)兩相燃燒中顆粒彌散和顆粒燃燒同等重要，正確地預(yù)報(bào)出顆粒彌散和顆粒燃燒規(guī)律，首次給出全空間的兩相速度矢量圖,顆粒溫度場和質(zhì)量場等詳細(xì)數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)純粹的顆粒軌道模型的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)不符合[物理化學(xué)流體力學(xué)，文9，10]。

主要完成人： 周力行

發(fā)現(xiàn)顆粒脈動(dòng)大于流體脈動(dòng)的新現(xiàn)象，提出新的兩相湍流和顆粒與壁面碰撞模型（主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1，2，3）

發(fā)現(xiàn)旋流擴(kuò)散燃燒的火焰結(jié)構(gòu)和NO生成規(guī)律，提出新的湍流燃燒模型（主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4）。

提出新的湍流兩相燃燒數(shù)值模擬方法（主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5）。

所占工作量超過70%，對全部主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)作出了貢獻(xiàn)。10篇代表性論文和專著中，8篇為第一或唯一作者，其余2篇為第2作者，也是責(zé)任作者。

主要完成單位： 

10篇代表性論文： L.X. Zhou, Theory and Numerical Modeling of Turbulent Gas-Particle Flows and Combustion, CRC Press, 1993.

周力行，湍流兩相流動(dòng)和燃燒的數(shù)值模擬，清華大學(xué)出版社，1991

L.X. Zhou, X.Q. Huang, Prediction of confined gas-particle jets by an energy equation model of particle turbulence, Science in China, A33:53-59, 1990.

L.X. Zhou, T. Chen, Simulation of strongly swirling flows using USM and k-e-kp two-phase turbulence models, Powder Technology, 114:1-112001.

X. Zhang, L.X. Zhou, A second-order moment particle-wall collision model accounting for the wall roughness, Powder Technology, 159 :111-120, 2005.

Y, Yu, L.X. Zhou, A USM-Theta two-phase turbulence model for simulating dense gas-particle flow, Acta Mechanica Sinica, 21: 228-234, 2005.

.L.X. Zhou, X.L. Chen et al., Second-order turbulence-chemistry models for simulating NOx formation in gas combustion, Fuel, 79:1289-1301, 2000.

L.X. Zhou, L. Qiao et al, A USM turbulence-chemistry model for simulating NO formation in turbulent combustion, Fuel, 81:1703-1709, 2002.

L.X. Zhou, Y.C. Guo, W,Y, Lin, Two-fluid models for simulating reacting gas-particle flows, coal combustion and NOx formation, Combustion Science and Technology, 150:161-180, 2000.

L.X. Zhou, L. Li et al., Simulation of 3-D gas-particle flows and combustion in a tangentially fired furnace using a two-fluid-trajectory model, Powder Technology, 125:226-233, 2002.