流体—颗粒两相流动非均匀结构特性及相间作用的Lattice-Boltzmann模拟

论文摘要

涉及到固体颗粒的两相流动过程对能源、环境和工业生产等有着十分重要的作用和影响,然而,流体-颗粒两相流动的颗粒动力学的研究都是非常复杂的,即使对于最简单的气固两相流动系统,也可能会存在着不均匀的结构,通常表现为颗粒的聚团结构。因此对流体-颗粒两相流动系统中非均匀结构的研究是至关重要的,并且具有巨大的实用价值。由于颗粒流动的非均匀结构的普遍存在,用于模拟微粒流动的数值方法需要准确地描述这种不稳定性。格子-玻尔兹曼方法是在格子气自动机理论基础上进一步发展而来的一种介观尺度数值计算方法,能够利用简单的粒子代替复杂的真实运动,该方法对于研究复杂流体-颗粒两相流动具有很大优势。因此,本文基于格子-玻尔兹曼方法的计算程序对阿基米德数（Ar）分别为Ar=71和Ar=1432时,颗粒平均体积分数分别为0.1、0.15、0.25、0.4的条件下,颗粒与流体的密度比（ρp/ρf）从2到1000变化的三维流体-颗粒两相沉降系统进行数值计算。研究结果表明,在相同阿基米德数和颗粒平均体积分数的条件下,随着密度比的增加,系统内颗粒分布结构会由均匀状态向非均匀状态变化,主要表现为塞状颗粒聚团结构。同时,不同阿基米德数和颗粒平均体积分数的系统随着密度比变化所表现出来的不均匀结构也存在差异。在本研究中,流体-颗粒两相系统所表现的结构主要分为四种:（1）稳定均匀结构,（2）不稳定混乱结构,（3）稳定致密塞状颗粒聚团结构,（4）稳定疏松塞状颗粒聚团结构。不同阿基米德数下,对于较低的两个颗粒平均体积分数,Richardson-Zaki公式对颗粒沉降速度的预测也不同;对于较高的两个颗粒平均体积分数,在系统内颗粒处于近似均匀分布时,Richardson-Zaki公式预测比较准确,但是当系统出现非均匀结构时,预测值与LBM计算值存在较大偏差。颗粒在进入聚团后,颗粒的速度降低。颗粒沉降过程中颗粒的旋转速度在各个方向上都接近于0,同时,水平方向上的颗粒旋转脉动速度大于沉降方向上的值,且进入颗粒聚团的颗粒旋转脉动速度降低。在结构不同而其它条件相同的系统中,径向分布函数也存在差异。在阿基米德数和颗粒平均体积分数相同的条件下,颗粒所受到的来自流体的力会因为非均匀结构的出现而增大,且颗粒聚团越致密,所受来自流体的力越大。在两相密度比较大的时候,颗粒所受到的虚假质量力和Magnus升力可以忽略。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵维维

导师: 刘国栋

关键词: 流体颗粒两相流动,非均匀结构,格子玻尔兹曼方法,颗粒聚团

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金51776058

分类号: O359

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002656

总页数: 81

文件大小: 9595K

下载量: 124

相关论文文献

• [1].垂直管道内液-固两相流动的压降和相分布特征[J]. 山东科技大学学报(自然科学版) 2020(04)
• [2].离散型两相流动的大涡模拟[J]. 中国科学:技术科学 2014(02)
• [3].火箭喷管两相流动性能计算公式[J]. 弹道学报 2012(01)
• [4].微通道内两相流动的数值模拟[J]. 价值工程 2012(25)
• [5].管内的油-气两相流动的程序设计和计算[J]. 机床与液压 2008(10)
• [6].速度滑移条件下气体-微颗粒两相流动数值模拟研究[J]. 热科学与技术 2019(05)
• [7].主动脉夹层血液两相流动数值模拟分析[J]. 工程热物理学报 2016(04)
• [8].亚网格内两相流动界面位置的精确定位算法[J]. 西安交通大学学报 2017(01)
• [9].稠密可压缩气粒两相流动中的等熵声速计算建模及物理规律[J]. 物理学报 2016(09)
• [10].高压静电场作用下的两相流动模型[J]. 农业机械学报 2008(04)
• [11].两相流动中气泡尺寸影响板式换热器性能的研究[J]. 化工机械 2015(05)
• [12].乙醇-空气液雾两相流动和燃烧的大涡模拟[J]. 工程热物理学报 2011(06)
• [13].颈动脉狭窄病变下血液两相流动分析[J]. 西北工业大学学报 2008(02)
• [14].液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展[J]. 化工装备技术 2010(04)
• [15].矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响[J]. 原子能科学技术 2013(11)
• [16].泛结构条件下轴承腔油气两相流动的模化方法[J]. 航空动力学报 2014(08)
• [17].基于有限体积虚拟区域方法的两相流动直接模拟[J]. 计算物理 2019(03)
• [18].中低压条件下矩形窄缝通道两相流动传热试验研究[J]. 核动力工程 2012(04)
• [19].T型微通道内两相流动数值模拟和流场分析[J]. 价值工程 2012(31)
• [20].多微通道内两相流动阻力特性及气泡行为[J]. 化工学报 2017(S1)
• [21].两相流动中摇摆引起的附加作用分析[J]. 核动力工程 2013(06)
• [22].基于格子Boltzmann方法的液液不混溶两相流动数值模拟[J]. 工程热物理学报 2014(01)
• [23].绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性[J]. 哈尔滨工业大学学报 2017(07)
• [24].自然循环及堆芯再淹没中两相流动传热行为研究进展[J]. 中国原子能科学研究院年报 2014(00)
• [25].一种稀薄两相流动的数值模拟方法[J]. 空气动力学学报 2015(02)
• [26].超临界二氧化碳离心压缩机叶顶两相流动研究[J]. 工程热物理学报 2015(07)
• [27].柴油机双层多孔喷油嘴内部空穴两相流动研究[J]. 江苏大学学报(自然科学版) 2015(02)
• [28].旋流气粒两相流动的研究[J]. 工程热物理学报 2015(05)
• [29].富氧侧吹氧化炉内两相流动的实验和数值模拟（英文）[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2020(01)
• [30].液态金属钠沸腾两相流动传热特性理论研究[J]. 核动力工程 2016(S2)

标签：流体颗粒两相流动论文;  非均匀结构论文;  格子玻尔兹曼方法论文;  颗粒聚团论文;