基于格子-Boltzman方法的流體-顆粒非均勻流動(dòng)結(jié)構(gòu)及相互作用研究.pdf

1、顆粒聚團(tuán)現(xiàn)象是稠密氣固兩相流動(dòng)中的一個(gè)重要特征。顆粒聚團(tuán)現(xiàn)象存在于工業(yè)過程很多領(lǐng)域中，如藥品制造、煤粉燃燒等。對(duì)顆粒聚團(tuán)現(xiàn)象的研究具有非常重要的學(xué)術(shù)意義和工程價(jià)值。
　　近年來，一些學(xué)者對(duì)兩相流動(dòng)中顆粒聚集過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。但由于顆粒團(tuán)的形成機(jī)理十分復(fù)雜，影響因素眾多，在研究過程中并不能考慮全面。總體而言，關(guān)于顆粒物性對(duì)顆粒團(tuán)的影響研究還不多。本文主要考慮顆粒物性的影響。顆粒物性主要指顆粒尺寸、顆粒表面粘性和彈性恢復(fù)系數(shù)等。

2、但在多相流動(dòng)數(shù)值模擬過程中，很多人都忽略了兩相密度比這一數(shù)值對(duì)整了個(gè)流動(dòng)的影響。因此，在本文的計(jì)算過程中，加入了兩相密度比這個(gè)因素對(duì)兩相流動(dòng)的影響。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)兩相流動(dòng)的速度、受力以及結(jié)構(gòu)因子等參數(shù)進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ΜF(xiàn)有兩相研究做一個(gè)簡單的補(bǔ)充。
　　格子-Boltzmann方法是根據(jù)格子氣自動(dòng)機(jī)、分子運(yùn)動(dòng)論和統(tǒng)計(jì)物理的理論發(fā)展起來的一種全離散局部動(dòng)力學(xué)模型?？紤]到計(jì)算時(shí)間以及成本的問題，本文將以格子-Boltzman方法

3、為基礎(chǔ)，構(gòu)建三維兩相沉降系統(tǒng)，考慮不同密度比條件下的兩相流動(dòng)（涵蓋液固兩相以及氣固兩相流動(dòng)），對(duì)沉降系統(tǒng)中的顆粒運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　研究表明，在低密度比條件下，顆粒在整個(gè)計(jì)算域內(nèi)分布比較均勻，并沒有形成明顯的非均勻結(jié)構(gòu)。在高密度比條件下，顆粒在整個(gè)計(jì)算域內(nèi)出現(xiàn)不同程度的非均勻分布，且隨著固相體積分?jǐn)?shù)的增加，這種非均勻現(xiàn)象更加明顯。顆粒所受的無量綱曳力和曳力系數(shù)在隨著固相體積分?jǐn)?shù)以及密度比的增加而增加。高密度比條件下，顆粒所受的

4、無量綱曳力和曳力系數(shù)比低密度比條件下數(shù)值大。密相結(jié)構(gòu)中，顆粒所受的無量綱曳力以及曳力系數(shù)比計(jì)算域內(nèi)時(shí)均值要大。在固相體積分?jǐn)?shù)為較低時(shí)，低密度比以及高密度比中，密相結(jié)構(gòu)中顆粒所受的無量綱曳力以及曳力系數(shù)與計(jì)算域內(nèi)時(shí)均無量綱曳力以及曳力系數(shù)數(shù)值幾乎重合，說明在固相體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，可以忽略非均勻以及密度比的影響。而在固相體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，則需要考慮非均勻結(jié)構(gòu)以及密度比的影響。通過對(duì)兩種阿基米德數(shù)下，密度比為1000的沉降系統(tǒng)非均勻結(jié)構(gòu)中顆粒所受