稀顆粒條件下單孔氣—液鼓泡行為的三維DPM-VOF數(shù)值模擬.pdf

1、論文將離散顆粒方法(Discrete Particle Method,DPM)與流體體積(Volume of Fluid,VOF)方法相耦合,組建了相應(yīng)的三維物理和數(shù)學(xué)模型并設(shè)定了初始和邊界條件,在Fluent6.3平臺上數(shù)值模擬較小固體顆粒體積分率下(εs≤4.19％),顆粒的存在對單氣孔氣-液兩相三維鼓泡動力學(xué)行為(包括氣泡的生成、脫離及上升運(yùn)動等)的影響。
　　模擬過程中,氣相和液相作為連續(xù)相采用歐拉觀點(diǎn)共用統(tǒng)一連續(xù)性方程和

2、運(yùn)動方程,氣泡界面通過VOF模型進(jìn)行動態(tài)追蹤;離散相的固體顆粒采用拉格朗日觀點(diǎn)通過與歐拉相的雙向耦合進(jìn)行相間動量交換。檢驗(yàn)了網(wǎng)格獨(dú)立性,選用0.5-1mm的網(wǎng)格布局作為本文通用網(wǎng)格尺寸。通過網(wǎng)格局部加密保證模擬精度和減少計(jì)算量。對直徑為10mm的氣泡在液-固懸浮液中的運(yùn)動行為進(jìn)行了模擬,與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對比的相對誤差在7%以內(nèi)。氣-液兩相流與氣-液-固三相流的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定性吻合。
　　數(shù)值考察了改變顆粒及流體特性,操作條件,孔口

3、表面潤濕性等時的單孔鼓泡行為,結(jié)果表明:三維模擬能夠虛擬再現(xiàn)三相流中氣泡螺旋運(yùn)動的軌跡。在本研究范圍內(nèi),固體顆粒的存在增大了氣泡脫離時間和氣泡尺寸,減小了氣泡上升速度。氣泡脫離時間隨顆粒數(shù)目和顆粒直徑的增大而略有增加,與顆粒密度無關(guān);氣泡直徑隨顆粒數(shù)目或顆粒密度增加而略有增大,隨顆粒直徑增大而總體增大;氣泡上升速度隨顆粒數(shù)目和顆粒密度的增大略有減小,隨顆粒直徑增大呈波動特征。氣泡上升時,其后呈現(xiàn)明顯的尾渦區(qū),尾渦區(qū)誘導(dǎo)的局部壓差吸卷顆粒