风沙跃移中颗粒与多粒径床面碰撞的数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值模拟方法,对风沙跃移中颗粒冲击多粒径床面的碰撞过程进行了数值计算。在模型中,对气相采用欧拉方法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟,颗粒间碰撞作用采用软球模型描述。计算结果表明该模型可以模拟风沙运动中颗粒冲击多粒径床面的动态运动过程。而且在多粒径非均匀床面上的颗粒起跳具有较大的随机性。这有助于进一步揭示风沙运动中颗粒碰撞起跳机理。     

热对流条件下固液密度比对颗粒沉降运动影响的直接数值模拟

本文应用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对固液两相流流场中考虑热对流的非等温颗粒在竖直通道中的沉降运动进行了数值模拟.在牛顿流体中通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,使用有限元方法数值求解流场的N-S方程和能量方程,模型不需经验假设.通过模拟来研究颗粒沉降的运动规律和热对流下固液密度比对固液两相流的影响作用.结果表明随着固液密度比的增加,颗粒经历了稳定沉降、周期性摆动,不规则摆动等过程;热对流使颗粒的摆动幅度和沉降速度发生变化;热对流对颗粒的影响作用随着固液密度比的增加而减小.     

风沙运动的DPM数值模拟

采用离散颗粒模型对风沙气固两相流动进行了数值计算．在该模型中,采用体平均的Navier-Stokes方程来描述气相的运动,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟,求解颗粒运动方程．采用硬球模型描述颗粒问碰撞作用．计算结果表明,沙粒平均水平速度廓线在0．02 m以上高度可以表示为按对数函数或幂函数规律增加,在0．02 m以下则发生偏离;在大于0．02 m的高度,输沙通量随高度按指数规律衰减,而在地面附近由于颗粒蠕移的影响发生偏离,这与已有文献结果一致。本文的模拟有助于风沙运动规律的研究与掌握。     

低密度固体颗粒与液体搅拌混合过程的数值模拟研究

低密度固体颗粒与液体的搅拌混合过程广泛存在于许多工业过程中,为建立相对精确的固液两相混合过程数值模拟方法,指导此类搅拌器的设计并优选搅拌结构,本文对三层桨式搅拌槽内的低密度固体颗粒与液体的搅拌混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法(MRF),选用标准k-ε湍流模式,模拟了三层桨式平底搅拌槽中的流场形态,通过搅拌混合过程的非定常两相流计算得到搅拌过程低密度固体颗粒体积分数分布情况和混合时间,最后与相关试验结果进行了定性比较。结果表明,该搅拌混合过程的CFD模拟可获得较准确的固液流场分布及各项特性参数,计算结果可为低密度固体颗粒搅拌过程提供工艺参考。     

直接模拟中不同边界条件的实施及对沉降规律的影响

在牛顿流体中, 对颗粒在4种不同边界的垂直通道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 计算结果表明:通过计算区域随颗粒运动而移动构建的无限长通道能准确模拟颗粒自由下落到稳定沉降的发展过程; 周期性边界条件由于流场变化, 对颗粒沉降产生了影响, 不能模拟颗粒的自由沉降过程; 底部封闭边界适合模拟封闭容器内颗粒与固壁的相互作用过程, 若颗粒达到稳定沉降, 也能模拟无限长通道内的沉降过程; 流化边界适合模拟流化床内气固两相流动. 计算结果有助于更好地理解和使用不同边界条件. 关键词： 直接数值模拟 边界条件 沉降 任意拉格朗日-欧拉方法     

喷动床气固流动特性的三维CFD-DEM数值模拟

开展了柱锥形气固流动特性的CFD-DEM耦合三维数值模拟研究。气相场采用基于欧拉坐标体系的k-ε双方程湍流模型,固相场采用基于拉格朗日坐标体系的DEM直接数值模拟方法,跟踪离散颗粒场的每一个颗粒,考虑颗粒与颗粒(壁面)之间的碰撞力、曳力、重力、Magnus升力、saffman升力。颗粒之间的碰撞采用Hertz-Mindlin无滑移模型计算。模拟对象为柱锥形喷动床,其直径为0.152 m,喷口直径为0.019 m,模拟颗粒数22万,探讨了喷动床中射流随时间的发展,不同气速下床内气固流动结构,以及颗粒速度与颗粒浓度的分布,并与实验数据进行了对比。     

颗粒碰撞的直接模拟算法

为研究细微颗粒间平均碰撞率,构建了直接模拟三维空间内颗粒碰撞的数值方法.对剪切流内夹带的无惯性颗粒和自由运动颗粒的碰撞过程分别进行了数值模拟,得到的颗粒平均碰撞率的模拟值与理论值的相对误差小于1%.在碰撞颗粒对的搜索过程中,引入网络排除法等优化措施,使计算量降低两个量级以上,而不增大相对误差.采用不同的Δt模拟同一颗粒群的运动,发现较小的时间步长可以避免因为截断误差增大的相对误差.在不遗失颗粒碰撞的条件下,较密的计算网格可明显减少计算量.     

三维射流中颗粒与流体的双向耦合作用

采用基于欧拉一拉格朗日的双向耦合模型对三维气固两相平面射流中颗粒与流体的双向耦合作用进行了直接数值模拟.在考虑颗粒相的反作用后,气相运动采用直接耦合求解,计算颗粒场时,选取Stokes数为0.1的较小颗粒,采用Lagrangian方法跟踪其运动.重点考察了颗粒相与流体相之间的相互作用,分析了不同固相载率的颗粒对流场特性以及对自身扩散的影响.模拟结果表明由于颗粒的影响,在射流入口处流场最初生成的两个大涡沿横向被拉伸,而在射流下游区域,涡结构则沿流向被拉伸;在射流的下游,颗粒降低了流场中心区域的流向平均速度,削弱了流场中心区域的湍流强度.此外,跟单向耦合相比,双向耦合情况下的颗粒分布更加均匀,并且均匀程度随固相载率的增加而增大.     

数值模拟颗粒旋转对流化床内气固两相流动特性的影响

流化床内颗粒自旋转将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉气固多相流模型,考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性.计算结果表明颗粒的自旋转使得床内更容易形成气泡,颗粒浓度分布变化增大.颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显.     

纳米颗粒团聚物流化特性的数值研究

基于气固两相流体动力学理论,建立气体纳米颗粒团聚物两相流动双流体模型.模型中采用了Jung ＆ Gidaspow (2002)测量的固相应力模量和王垚等(2001)提出的聚团曳力系数计算模型.对纳米颗粒团聚物的流化过程进行了数值模拟,得到纳米颗粒团聚物的流化特性.模拟得出的床层膨胀比与文献中实验的结果较为接近.     

流化床内单个颗粒传热特性的模拟

单个颗粒的传热过程对于燃煤流化床锅炉中煤的着火和随后的燃烧过程具有重要的影响。本文建立了一个基于Euler-Lagrange方法的数学模型对其进行了数值研究。该模型对流体相的运动和传热规律以Euler。方法描述,对固体颗粒相则以近年来发展起来的离散单元方法(DEM)在颗粒层次上进行描述。研究结果表明颗粒与床层之间有很高的传热系数。另外,对单个颗粒温度变化过程的模拟研究表明,颗粒经过较短的时间便能接近床层的温度,且不同颗粒具有类似的温度变化特性。     

流化床内超细颗粒的流动

基于气体分子运动论和颗粒动理学,建立超细颗粒气固两相湍流流动模型,模型考虑了气相与颗粒聚团之间以及颗粒聚团之间的动量和能量的传递和耗散。建立超细颗粒固相粘性系数、超细颗粒压力等物性参数计算模型。超细颗粒的聚团改变了单颗粒碰撞动力学以及颗粒相压力、粘性系数等输运特性。模型模拟计算颗粒聚团直径分布与Zhaolin等[1]实测值相吻合。     

循环流化床内颗粒团流动的研究

循环流化床颗粒相流动具有多尺度效应:单颗粒运动的微尺度、颗粒团运动的介尺度和固相运动的宏尺度。颗粒相流动参数受单颗粒运动和颗粒聚团运动的制约,同时影响气相流动。基于气体分子运动论和颗粒动理学,建立相平均稠密气固两相流流动模型。介尺度模型考虑颗粒团与单颗粒之间、颗粒团与气相之间的动量和能量的传递和耗散。模拟计算颗粒容积份额、速度等参数与实测值相吻合。     

旋涡流化床颗粒夹带和扬析的数学模型

本文结合气体湍流运动模型，颗粒运动的轨道模型和密相床层动力学的经验关联式，建立了旋涡流化床颗粒夹带和扬析的数学模型，发展了相应的求解程序。用本文提出的数学模型对普通鼓泡流化床中颗粒夹带的计算结果与前人的经验公式相符；对旋涡流化床和普通的鼓泡流化床颗粒扬析的计算结果与实验数据吻合较好。     

喷动床内颗粒浓度的实验测量和理论模拟

颗粒浓度对于稠相流动体系中颗粒应力本构方程建立具有决定性的作用。本文采用双流体模型,并结合颗粒流动力学理论来描述固相应力的基础上实现了对喷动床的数值模拟,探讨了从喷射区到环隙区颗粒浓度的理沦变化趋势。同时采用自主开发的电容探针技术,不仅颗粒浓度测量值和理论值吻合较好,而且也准确地验证了颗粒非均匀夹带这一现象。电容探针还可灵敏地分辨出环隙区内不同床高处以及接近壁面处的颗粒浓度的细微变化。     

固体颗粒与通道壁面相互作用的实验研究

本文通过实验研究了在一个水平直通道和三个倾斜通道内固体颗粒沿着主气流的方向运动,与通道壁面发生碰撞及和主气流掺混的特性。实验采用了PIV测试技术,获得了在流道中固体颗粒及气流的大量的瞬态及对应的时均流场数据。测量采用流场可视化技术,再现了流场的动态细节。在对实验数据分析的基础上,总结了有关颗粒扩散及与固壁碰撞的一些规律,定量阐述了固体颗粒与壁面碰撞的规律,提出了恢复系数为粒子入射速度与角度函数的模型。     

湍流两相流动有燃烧颗粒相概率密度函数输运方程理论

由有燃烧的湍流气粒两相流动的瞬态方程和统计力学概率密度函数概念出发,推导了有燃烧颗粒相的质量－动量－能量联合概率密度函数（ＰＤＦ）输运方程,并对方程中条件期望项用梯度模拟概念进行了模拟封闭。封闭后的ＰＤＦ方程可作为建立颗粒拟流体模型方程和封闭二阶矩模型的基础,也可以通过Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ 法求解用以直接计算颗粒雷诺应力和湍流动能,以便和二阶 矩模型的结果相对照,改善二阶矩模型。     

A NOTE ON FINITE DIFFERENCE ESTIMATION OF ACOUSTIC PARTICLE VELOCITY

The influence of instrumentation amplitude and phase mismatch on finite difference measurement of mean square particle velocity is examined. It is shown theoretically and demonstrated experimentally that the resulting error depends on two properties of the sound field, the ratio of the active intensity to the mean square particle velocity and the ratio of the reactive intensity to the mean square particle velocity. Very large errors can occur near particle velocity nodes in interference fields even with well-matched state-of-the-art sound intensity measurement systems. However, outside of such regions, moderate phase mismatch has very little influence on the performance of the measurement system. Amplitude mismatch is somewhat more problematic.     

耗散粒子动力学对颗粒沉降问题的研究

给出了一种耗散粒子动力学方法模拟流体流动的理论及数值模型,包括控制方程组、边界条件、数值计算方法.使用耗散粒子动力学方法编程计算了颗粒在重力作用下的沉降运动,观察到颗粒的质量和所受重力对颗粒运动轨迹的影响,且颗粒质量越小,所受重力越小,颗粒运动所表现出的随机性越强烈.从而验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势.