球形粒子沉降運(yùn)動(dòng)的DLM-FD模擬.pdf

1、本文在DLM／FD方法的基礎(chǔ)上，改變?cè)械呐鲎材Ｐ?，分別采用硬球模型和軟球解析模型來處理球體之間以及球體和壁面之間的作用，數(shù)值模擬了球形粒子在三維方槽中的沉降。通過三種不同碰撞模型的對(duì)比，研究了水動(dòng)力和短程力在粒子濃度不同時(shí)的主導(dǎo)作用。并采用軟球解析模型研究了雷諾數(shù)、初始位置等幾個(gè)重要參數(shù)對(duì)球形粒子沉降的影響。 在對(duì)球形粒子沉降的研究中，首先采用硬球碰撞模型和軟球解析模型進(jìn)行模擬，得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)非常吻合，從而驗(yàn)證了兩種模型的可

2、行性。當(dāng)沉降粒子群濃度非常低如只有單個(gè)或兩個(gè)圓球參與沉降時(shí)，對(duì)三種模型模擬得到的軌跡、速度進(jìn)行分析得出結(jié)論：無論采用何種模型來處理碰撞的作用，得到的結(jié)果是非常接近的，也就是說在圓球并不密集的沉降中，對(duì)球體沉降影響較大的是其中的水動(dòng)力，而不是碰撞時(shí)的短程力，完全可以從計(jì)算簡(jiǎn)便快速的角度選擇其中一種模型。而對(duì)25個(gè)球形粒子的沉降模擬結(jié)果進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，由于處理圓球之間以及圓球和壁面之間作用的方式不同，三種模型得出的沉降軌跡、平均沉降速度

3、等不再相似，說明粒子群濃度較大時(shí)，起主導(dǎo)作用的是短程力而不再是水動(dòng)力。 對(duì)于三種不同的模型，對(duì)碰撞作用的處理方式有很大的不同。原有的DLM／FD方法中采用的是簡(jiǎn)單排斥力模型，粒子不能真實(shí)接觸發(fā)生碰撞，其中涉及的排斥力不僅和球心位置有關(guān)，還和一些碰撞參數(shù)有關(guān)，而這些碰撞參數(shù)并非定值，選擇的數(shù)值不同，結(jié)果也有變化；軟球解析模型在低雷諾數(shù)時(shí)有明顯的物理意義，粒子碰撞時(shí)能真實(shí)接觸甚至有些許重疊，碰撞時(shí)的作用力和間距、粒子速度以及粒子本身

4、的物理性質(zhì)有關(guān)，不受其它數(shù)值不定的參數(shù)影響，相對(duì)排斥力模型有一定的優(yōu)勢(shì)；硬球碰撞模型從能量的角度出發(fā)，假設(shè)粒子碰撞時(shí)能量守恒，碰撞前后直接改變粒子的速度，方法簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便。采用軟球解析模型模擬了不同雷諾數(shù)下單個(gè)、兩個(gè)以及25個(gè)圓球在三維方槽中的沉降。在單個(gè)圓球沉降軌跡的xy視圖上，低雷諾數(shù)呈一條與壁面平行的線段，而高雷諾數(shù)情況下則在平行的兩個(gè)壁面之間來回振蕩或者沿四個(gè)壁面依次碰撞。在兩個(gè)圓球的沉降中，初始位置的改變對(duì)低雷諾影響較大，如