正冲击波后固壁表面颗粒的上升运动

为揭示固壁表面颗粒的冲击波夹卷本质，模拟垂直于固壁表面的正冲击波后单个颗粒的上升运动。假定颗粒初始时刻处于气载状态（因波的反射或碰撞离开壁面），受Saffman升力、气动阻力和重力作用。模型方程为波后定常气流边界层方程和颗粒运动常微分方程，分别用单参数法和四阶龙格库塔法求解。计算颗粒速度与轨迹表明：颗粒的冲击波卷扬动力，源于边界层内强剪切流提供的Saffman力；在所考察的冲击波强度和颗粒尺寸范围内，颗粒的上升高度不依赖于冲击波强度；上升高度按颗粒尺寸变化，即尺寸越大，高度越大。比较分析单颗粒和颗粒层的结果，认为实验中颗粒云内大尺寸颗粒少的原因是由于这些颗粒不易从颗粒层中逸出。部分计算结果与实验结果较为符合，验证了所建模型与假设的合理性。     

近壁球形颗粒的曳力特性研究

本文研究了球形颗粒在近壁区域内的曳力特性,基于气体动理论方法推导得到了自由分子区内近壁颗粒沿垂直于平壁方向运动时所受曳力的表达式,其计算结果与直接蒙特卡洛模拟结果一致。计算并分析了动量适应系数、壁面温度等参数对近壁颗粒所受曳力的影响规律和机制。当壁面动量适应系数为零时,近壁效应消失;当壁面温度高于气体温度时,近壁效应使得颗粒所受曳力增大;当壁面温度低于气体温度且颗粒速度较小时,可能出现曳力方向与颗粒运动方向相同的情况。     

气泡碰壁受力模型和反弹规律

对Mo=10-8~10-12及Re=5~750范围内的上升气泡与壁面垂直碰撞问题进行了理论求解，研究了不同控制参数下气泡碰壁反弹的规律.气泡上升和碰撞过程的运动方程考虑了浮力、液体阻力、附加质量力和与壁面碰撞时引起的薄膜诱导力.气泡碰壁过程气泡界面与壁面形成的液膜厚度变化规律由Stokes-Reynolds方程计算得到.膜内气泡变形引起的流体压强采用Young-Laplace方程求解.结果表明，基于SRYL方程的薄膜诱导力模型可以很好地预测不同Reynolds数下气泡0到多次的反弹轨迹，计算结果与实验结果吻合良好.气泡在碰壁反弹过程中会形成丰富的薄膜形状，如酒窝状变形，丘疹状变形和涟漪状变形.气泡界面变形会引起膜内压强的变化，压强的分布规律与气泡界面形状有着重要的关系.气泡在与壁面碰撞的过程中，薄膜诱导力会起主导作用，且随着Reynolds数的增加薄膜诱导力最大量级增大.气泡碰撞壁面时，反弹次数与Reynolds数有着直接的联系，不同Morton数下的气泡均在相同Reynolds数附近发生气泡反弹次数的变化.      

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。     

自由流区近壁蒸发及未蒸发颗粒的热泳分析

本文给出了自由分子流区作用在壁面附近蒸发及未蒸发颗粒上的热泳力的分析结果.分析中气体分子在壁面和颗粒表面处均假定为部分镜反射和部分漫反射.分析表明,作用在近壁颗粒上的热泳力不仅依赖于气体中的温度梯度,还和气体的压力以及壁面与气体温度比有关.颗粒表面的温度和镜反射分数对作用于未蒸发颗粒的热泳力没有影响,但明显影响作用于蒸发颗粒的热泳力.研究表明,近壁效应及蒸发对颗粒热泳的附加影响是不容忽视的.     

微细颗粒壁面沉积的数值研究

针对微细颗粒在壁面上的沉积特性,采用湍流雷诺应力模型结合颗粒拉格朗日轨道模型对无量纲弛豫时间τ~+为0.1～100量级的微细颗粒在壁面的沉积特性进行了研究,考查了流动方式和流速对颗粒沉积速率的影响。研究表明:在垂直向下流动和水平流动情况下,颗粒的沉积速率随着颗粒无量纲弛豫时间τ~+增加而增加,但是垂直向下流动中,当颗粒无量纲弛豫时间τ~+增大到一定值,颗粒的沉积速率基本保持定值。对于相同无量纲弛豫时间τ~+的颗粒,颗粒在壁面上的沉积速率随着摩擦速度u~*的增加而减少。     

煤粉颗粒在平面射流喷口附近的湍流弥散研究

一、前言 气-固两相流是多相流研究中活跃的领域之一。煤粉燃烧,喷雾燃烧,喷雾冷却,流化床燃烧等等,都与固体颗粒或液滴的湍流弥散有密切的关系。颗粒的湍流弥散是指颗粒在流体湍流场中的迁移行为。Jeffrey和Pearson1965年发现Saffman力对固体颗粒的运     

气固两相90°弯管流中静电影响颗粒运动的大涡模拟研究

本文采用欧拉–拉格朗日方法对静电平衡情况下的圆形截面90°弯管中的气固两相湍流流动进行了大涡模拟研究,重点研究了弯管中的饱和静电作用和Prandtl第二类二次流对于颗粒输送的影响。结果表明,模拟得到Reb=58k工况下的90°弯管中的载流相流场计算结果与实验结果吻合良好,弯管中平均二次流速度最大可以达到体积速度的55%,并且二次流对于离散颗粒相的输送影响显著。静电作用对于管道中心区域的颗粒影响较小,但对于近壁面区域的颗粒作用影响较大,加强了近壁面区域颗粒运动的湍泳现象。动力学分析结果表明,在远离壁面的大部分管道中心区域内流动对颗粒的拖曳力主导颗粒的运动。而对近壁面区域内的颗粒,静电力与拖曳力大小相当甚至超过拖曳力,静电力主导了近壁面区域内颗粒的运动。     

自驱动颗粒体系中的熵力

在许多纳米复合材料体系中熵力(entropy force)是普遍存在的,但由于熵力的存在会导致纳米颗粒的凝聚从而降低其许多性能,因此在大多数情况下熵力的存在对体系并无益处,所以研究如何减小熵力对体系的影响是非常重要的.不带角速度的自驱动粒子在熵力作用下会集聚在纳米颗粒(或者纳米棒)周围,这会对纳米颗粒(或者纳米棒)产生很大的相互作用力.对于纳米颗粒,在不带角速度的自驱动粒子体系中存在着非常大的排斥力.而对于纳米棒,由于纳米棒内外的不对称性,使得两个纳米棒之间会产生吸引-排斥转变,同时这个吸引-排斥转变与纳米棒之间的距离有关.当自驱动粒子加上一个自转角速度ω之后,熵力的作用就大大减弱,纳米颗粒不再集聚.研究结果有助于对非平衡态下纳米颗粒(或纳米棒)之间熵相互作用力的认识.     

基于有限元分析的高温气冷堆石墨颗粒碰壁过程研究

石墨颗粒碰壁过程的研究对定量计算高温气冷堆颗粒沉积率十分重要。本文基于有限元方法,利用ABAQUS软件对球形颗粒碰壁进行数值计算。仅考虑弹性变形时,计算结果与Hertz模型高度吻合.当考虑塑性变形导致的能量耗散时,计算得到的速度恢复系数变化趋势与实验数据吻合一致,但整体数值偏低,引入等效屈服强度概念后吻合较好.结果表明有限元方法数值计算颗粒碰壁准确可行,可为研究高温气冷堆石墨颗粒碰壁数值计算提供新的思路和方法。     

湍流边界层中重粒子弥散的随机模型

在重粒子轨道模型的基础上,引入了Saffman力,并考虑了粒子-固壁碰撞和粒子-粒子碰撞的影响,建立了重粒子运动方程,耦合湍流脉动的随机方程,发展了重粒子弥散的随机模型,并在湍流边界层中考察该模型.将数值计算结果与实验结果进行比较,同时考察了Saffman力和粒子碰撞对计算结果的影响.     

二维颗粒运动以及传热的数值模拟

本文提出了直接热源算法(Direct heat source)使得颗粒壁面温度满足Dirichlet边界条件,同时采用Wang等提出的内嵌边界方法(Immersed boundary method)和多重直接力算法(Multi-direct forcing)全尺度模拟二维颗粒的运动.本文计算了运动的冷颗粒在不同Grashof数时的运动状态.本文的计算结果与其他学者的计算结果符合得很好,从而验证了本文采用的方法的精确性与有效性.     

有机高分子链内的场致激子解离

基于SSH(Su-Schrieffer-Heeger)模型,采用静态及动力学自洽算法模拟了有机高分子链内激子在光激发及外电场作用下的形成与解离过程。结果表明,受光激发后,有机高分子链内激子的生成与解离密切依赖于施加外电场的时机,当外电场与光激发同时发生时,激子能否生成完全取决于电场强度的大小;而当外电场在光激发后的一段时间(通常为皮秒量级)之后被引入,则在有机高分子链内能够形成稳定的激子,且该激子只有在强外电场(超过1MV/cm)的作用下,才会发生解离,临界场强量级与实验结果相符合。     

任意迴转S_1流面叶栅可压附面层流动微分方程数值解

本文是文献[1]的继续.在任意非正交曲线坐标表示的粘性气体基本方程和量级分析的基础上,得到了考虑流层厚度变化的任意迥转面叶栅可压附面层流动微分方程组.采用了压缩性的坐标变换后,推导得到了五个一阶导数的微分方程组.在外层紊流模型的计算中引入了压力梯度对无量纲常数K的影响,使计算精度有所提高.用本文的计算方法编制了TDBLC(绝热壁面)和HTBLC(已知壁面温度)两个计算机程序.本文的方法可用来计算任意迥转面叶栅可压流体层流和紊流的附面层流动.     

对理想气体内部压强推求方法的再次改进

本文在充分考虑了分子之间的频繁碰撞后,根据单位时间内与单位面积相碰的分子数p=1/4nv(此即碰壁数公式,这一结果,对理想气体内部压强公式p=1/3mnv~2的推导提出了与文献不同的另一方法。     

脂肪颗粒在颈动脉中的运动及其对血液动力学的影响

很多研究表明, 动脉粥样硬化通常发生在具有复杂血液动力学的区域, 比如分叉动脉和弯曲动脉. 这些地方常伴随有低壁面剪切力或震荡壁面剪切力, 这是动脉粥样硬化形成的一大诱因. 使用计算流体力学软件对2D颈动脉分叉血管进行了模拟, 研究了脂肪颗粒在颈动脉中的运动及其对血液动力学的影响. 研究表明: 1)血管狭窄对于脂肪颗粒的运动有重要影响, 同时也影响栓塞的形成; 2)脂肪颗粒可能会黏附在血管壁面, 但由于血流的冲击作用, 脂肪颗粒会随后在壁面略微铺展; 3)颈动脉狭窄区域后方是下一个血栓的可能生长位点; 4)当栓塞形成时, 速度和壁面剪切力分布将变得复杂多变, 这对于血管是有害的.     

Magnus效应动力演示仪

自制实验装置演示了Magnus效应,3D打印转子,转涵道风扇模拟自然风,遥控转速和风速控制Magnus力.采用控制变量法研究了风速、转速以及压力的关系.实验结果表明:当风速或者转速增加到一定程度,压力反而会减小.     

预燃室中煤粉颗粒弥散的研究

本文对工程中常见的气固燃烧反应两相流中颗粒弥散现象进行了数值模拟,主要用随机轨道法考虑了气相湍流脉动、Magnus力和煤粉燃烧过程中挥发份的喷射对颗粒运动和弥散的影响、同时给出了有益的计算结果。     

壁面粗糙度对水平后台阶气粒两相流动影响的PDPA实验研究

用相位多普勒颗粒测速仪(PDPA)测量了颗粒的平均与脉动速度,研究了壁面粗糙度对水平后台阶气粒两相流动的影响。研究结果表明,壁面粗糙度减小颗粒纵向平均速度,增大颗粒纵向和横向脉动速度。壁面粗糙度对流场中不同位置处颗粒运动影响的强弱不同,其中逆流区处较弱,下游处较强。壁面粗糙度对不同粒径颗粒运动影响的强弱不同,其中对细颗粒的影响较弱且被局限在壁面附近,对粗颗粒的影响较强且扩散到整个流场。     

非均匀磁场尘埃等离子体中颗粒的复杂运动

本文研究了在非均匀磁场尘埃等离子体中不规则尘埃颗粒的复杂运动, 包括圆滚运动、尖头圆滚运动、圆周运动以及波浪运动等. 放置在电极上的圆柱形磁铁的主要作用是改变鞘层的径向分布, 进而对颗粒产生径向约束, 使尘埃颗粒悬浮于圆柱形磁铁周围, 其磁场并不足以磁化颗粒使其做圆滚运动. 通过与球形尘埃颗粒的对比实验发现, 圆滚运动是不规则尘埃颗粒在等离子体中特有的一种运动. 我们提出了一种新的机理: 由于不规则颗粒的自旋而引起的横向反Magnus力对颗粒的圆滚运动起了重要的作用. 文中通过受力分析定性地对实验中观察到的非球形颗粒的各种运动给出了合理的解释.