重颗粒在湍流涡离心力和重力作用下，可表现出聚团和焦散效应（流场中同一点对应多个不同的颗粒速度）等显著特征，从而影响颗粒碰撞率及物理或化学反应速率。它们是颗粒对在湍流作用下相对扩散的结果。我们采用直接数值模拟的方法求解各向同性湍流场，采用拉格朗日方法跟踪颗粒，其中颗粒采用点力模型，同时考虑颗粒与湍流、颗粒与颗粒间4向耦合作用。重力的引入使得颗粒与各向同性湍流的作用时间变得各向异性。主要研究内容包括：不同湍流雷诺数、颗粒Stokes数及重力Froude 数下(1)颗粒聚团、颗粒相对速度和焦散效应;(2)颗粒的时间正向、反向相对扩散时间的非对称性；（3）相对速度概率密度函数动理学方程中各向异性扩散系数的构建；（4）反卷积与随机微分方程耦合的颗粒亚格子模型等。课题预期结果对加深理解沉降速度、颗粒惯性对湍流相对扩散、颗粒聚集和焦散效应及提高大涡模拟预测相对扩散的精度等方面有重要的科学意义。
