非常規(guī)顆粒（顆粒群）曳力的格子Boltzmann模擬.pdf

1、氣固兩相流廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)中，特別是燃煤電廠鍋爐中存在大量復(fù)雜的非規(guī)則顆粒（顆粒群）。本文采用格子波爾茲曼方法對(duì)非常規(guī)顆粒及顆粒群在不可壓粘性流體中的性質(zhì)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)研究了顆粒所受的曳力。具體而言，本文的主要工作和得到的結(jié)論有：
　　研究了圓柱顆粒和圓球顆粒在均勻流中的流場(chǎng)性質(zhì)及受力特征，計(jì)算了不同Re數(shù)時(shí)顆粒的曳力系數(shù)、升力系數(shù)及斯特勞哈爾數(shù)等無(wú)量綱特征數(shù)，并和文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，證實(shí)了LBM模擬的可靠性。
　　研究

2、了四種非規(guī)則截面顆粒（三角形、十字形、三葉形及矩形）在斯托克斯流中的產(chǎn)生的壓降。三角形顆粒和三葉形顆粒具有相似的幾何結(jié)構(gòu)，放置角度為0°時(shí)顆粒壓降最大，隨著放置角度增大，壓降依次減小。十字形顆粒壓降對(duì)放置角度最不敏感，而矩形顆粒對(duì)放置角度最為敏感。對(duì)比四種非規(guī)則顆粒壓降可知，矩形在0°放置時(shí)壓降最小，三葉形（ε=2）在0°放置時(shí)壓降最大。
　　研究了簡(jiǎn)單顆粒陣列、八顆粒陣列及隨機(jī)分布顆粒群的流場(chǎng)性質(zhì)及曳力。使用硬球蒙特卡洛（HSM

3、C）方法對(duì)顆粒群進(jìn)行初始化。定量驗(yàn)證了簡(jiǎn)單顆粒陣列所受曳力隨體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。對(duì)于八顆粒陣列，中心位置處的主流方向速度隨著Re數(shù)的增大而增大，且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。對(duì)于隨機(jī)顆粒群，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)較大時(shí)，空隙處速度概率密度峰值出現(xiàn)在接近vz=0處；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)減小至0.35時(shí)，概率密度出現(xiàn)雙峰分布的趨勢(shì)；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)減小，概率密度變?yōu)閱畏宸植?。?duì)顆粒群中顆粒所受平均曳力進(jìn)行定量分析并比較不同理論公式，發(fā)現(xiàn)Koch&Sangani公式更加精確

4、，但需修正其分段函數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)為0.2。此外，顆粒群中的單個(gè)顆粒無(wú)量綱曳力的概率密度符合平均值為1、標(biāo)準(zhǔn)差為0.518的高斯分布。
　　研究了二維點(diǎn)源顆粒團(tuán)聚體和三維有限體積顆粒團(tuán)聚體在斯托克斯流體中所受曳力。得到了以下結(jié)論：對(duì)于二維顆粒團(tuán)聚體，當(dāng)顆粒數(shù)目較少時(shí)，團(tuán)聚體各向同性特征不顯著，不同入流角度下團(tuán)聚體所受曳力差別較大。此外，對(duì)不同體積分?jǐn)?shù)下的團(tuán)聚體所受曳力進(jìn)行計(jì)算，然后利用已有的二維圓柱顆粒曳力理論公式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到了團(tuán)聚