槽道和圓管中柱狀粒子兩相流的研究.pdf

1、本文主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行了研究工作。
　　 將格子Boltzmann方法擴(kuò)展應(yīng)用到濃相粒子懸浮流中.格子Boltzmann方法( LBM)是一種新而有效的計(jì)算方法，可以用在流體力學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域。LBM應(yīng)用于粒子懸浮流時(shí)組合了粒子的牛頓力學(xué)和流體的離散Boltzmann模型。本文采用的模型綜合了Aidun和Ding的思想，并加以推廣應(yīng)用到柱狀粒子兩相流中，同時(shí)對(duì)于濃相懸浮液，并入了“虛擬格點(diǎn)”和“潤(rùn)滑力”，還考慮了粒子，粒子與粒子

2、-壁面間的碰撞，給出了二維和三維彈性碰撞模型，使得LBM能夠模擬接近接觸和相互接觸的粒子相互作用。本文用三維15位格子Boltzmann模型研究了三維管道高濃度粒子流中圓柱體和長(zhǎng)方體粒子的角速度和取向分布問(wèn)題，其中粒子的尺寸和管道的尺寸屬于同一數(shù)量級(jí)。
　　 研究了非線性物理效應(yīng)對(duì)簡(jiǎn)單剪切流場(chǎng)中自由懸浮的單個(gè)粒子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響。Jeffery的研究表明，懸浮在無(wú)界低雷諾數(shù)簡(jiǎn)單剪切流中的單個(gè)粒子將沿著周期性軌道運(yùn)動(dòng)，并且運(yùn)動(dòng)軌道和

3、運(yùn)動(dòng)頻率依賴于粒子的長(zhǎng)徑比和初始取向。然而，Jeffery模型沒(méi)有考慮非線性物理效應(yīng)（如壁面效應(yīng)和慣性效應(yīng)等）的影響，這些效應(yīng)將擾動(dòng)Jeffery軌道，而且這些擾動(dòng)效應(yīng)很難用理論的方法來(lái)分析。本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了簡(jiǎn)單剪切流場(chǎng)中壁面和流體慣性對(duì)單個(gè)粒子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，擴(kuò)充了Jeffery的結(jié)果。其中壁面效應(yīng)用無(wú)量綱化壁面間距表示（定義為壁面間距與粒子長(zhǎng)度的比值），流體慣性用基于粒子長(zhǎng)度的剪切雷諾數(shù)來(lái)表示。
　　 研究了復(fù)雜

4、槽道內(nèi)粒子的取向演化。在許多物理和工業(yè)過(guò)程中，比如擠壓模塑、噴射模塑和壓縮模塑中，短粒子在復(fù)雜槽道內(nèi)的取向分布是一個(gè)重要的問(wèn)題。本文研究了突然擴(kuò)張狹縫槽道中和內(nèi)含一圓柱的狹縫槽道中粒子的取向分布，懸浮液的濃度涵蓋了稀相和濃相。在狹縫槽道中，粒子的尺度和槽道的尺度屬于同一量級(jí)，所以粒子之間以及粒子和壁面、障礙物之間的相互作用會(huì)對(duì)流動(dòng)特性和粒子取向產(chǎn)生重大的影響。本文的計(jì)算模型全面考慮了這些相互作用。本文選擇的復(fù)雜槽道提供了同時(shí)研究粒子在簡(jiǎn)