颗粒速度在颗粒流稀疏流-密集流转变中的作用

用实验和计算模拟的方法研究了颗粒流中的颗粒速度与颗粒流特性的关系.实验研究发现当入口流量固定时，在出口上方高速运动的颗粒会使颗粒流由稀疏流向密集流转变的临界出口尺寸变小.当颗粒流转变为密集流后，颗粒速度的作用被出口上方的颗粒堆积区所消耗，最终变得与颗粒速度无关.二维分子动力学模拟计算得到了与实验相同的结论.通过二维分子动力学模拟计算，还给出了不同颗粒速度下体系的密度和速率在空间的分布图.这些分布图显示随着颗粒到达出口上方的瞬间速度的不同，颗粒堆积区的密度和高度均会改变，并最终导致颗粒流流动状态的改变. 关键词： 颗粒流 颗粒气体 分子动力学模拟     

边界条件对二维斜面颗粒流颗粒分布的影响

实验研究了粗糙边界条件、不同通道宽度以及不同斜面倾斜角下二维颗粒流的颗粒分布 ，发现颗粒流在稀疏流状态下尽管在现象上表现出类似流体的性质，但由于颗粒流系统的能 量耗散,所以颗粒流的速度和密度分布和牛顿流体完全不同，颗粒流在通道中的分布既受通 道宽度的影响同时也受重力场的影响，颗粒在通道中以通道中轴线呈对称分布，通道两侧的 颗粒密度明显高于通道中间，由于通道中颗粒受剪切力的作用，导致颗粒在通道中的密度分 布的变化，通道边界粗糙度明显影响着颗粒流横向分布. 关键词： 二维颗粒流 颗粒物质 稀疏流     

开口角度对二维颗粒流稀疏流-密集流转变的影响

用计算机模拟的方法研究了开口角度对二维颗粒流稀疏流—密集流转变的影响.在固定入口流量和固定颗粒数两种条件下,均发现当开口角度大于零时,开口角度的增大可以提高颗粒流由稀疏流向密集流转变的最大出口流量.在稀疏流状态下,出口流量与开口角度无关;而在密集流状态下,出口流量随开口角度的增大而增大.进一步的计算还发现增加开口角度可以提高颗粒流出开口的流动速度,且最大出口流量与颗粒的流动速度呈线性关系. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 分子动力学模拟     

回转圆筒内颗粒流速度场的实验研究

基于适用于稠相的粒子图像测速技术对二维回转圆筒内颗粒的流动模式和时均速度分布进行了研究.不同工况下料床的径向对称线、30%径向线和70%径向线上颗粒横向速度分量的分布具有相似性,该速度分布可由柱塞流区的指数型方程和活性层的切变流动方程相结合的形式来准确描述.低速下表面线上速度横向分布是对称的且峰值在中线处,随转速提高峰值逐渐向料床下部移动.表面层内颗粒温度的值远高于柱塞流区内的,其最大值存在于表面层底部颗粒剧烈碰撞的区域.     

弯管内气液固三相流中液膜区流场的PIV测量

为了深入认识螺旋管内多相流相分离现象,应用粒子图象测速仪(PIV),对组合弯管内气水砂三相流底部水平段和上升段中液膜区的流场进行了测量。研究表明:底部水平段流动主流速度分布比较均匀,颗粒跟随流体运动;二次流十分微弱,颗粒在离心力作用下由内弯侧向外弯侧运动;速度脉动强烈,不利于相分离。上升段中流动受到重力的阻碍,同底部平段相比主流速度降低,离心力作用减弱,颗粒径向时均速度较低;流动的间歇性更强,两相速度脉动更剧烈。     

颗粒沉降运动的虚拟区域法直接数值模拟

文采用基于四边形网格的分布式拉格朗日乘子／虚拟区域方法(DLM／FD method)对二维方槽内775个圆形颗粒在流体中的沉降过程进行了直接数值模拟。得到了颗粒流沉降过程中流体和颗粒速度和涡量分布、流场压力分布等流动细节,展示了颗粒在沉降过程中由于相间的相互作用以及颗粒间的作用,使得颗粒流在流场内形成大小不一的旋流区,颗粒回旋着沉降,同时颗粒的尾涡影响附近颗粒的运动．本文的结果说明分布式拉格朗日乘子／虚拟区域方法对模拟存在很多颗粒的悬浮体流动是可行的。     

颗粒流电磁垂直输运装置物理设计

为满足中国加速器驱动的次临界系统(C-ADS) 对于可靠性的要求, 计划采用基于螺线管的电磁垂直输运方案, 将经过质子束辐照后下落的散裂靶颗粒球再次输运至初始高度。基于解析方法对颗粒流垂直输运装置进行了分析和设计, 通过基于螺线管散热、径轴向颗粒流聚散焦效应和互感损耗等方面的考虑, 得到了适合于垂直输运颗粒流的螺线管驱动方式和螺线管构型及排布。利用基于本文解析方法的模拟程序, 对不同输运管道内径、不同螺线管驱动电流和不同螺线管构型和排布下的颗粒流垂直输运装置进行了模拟, 并从中筛选出了该装置的优化设计。模拟表明, 采用该优化设计的输运装置可将质量流量为19.6kg/s的颗粒流垂直输运至40m高度, 并满足颗粒球出口速度足够大的要求。     

平面颗粒流的瓶颈效应及其与速度的关系

通过实验研究了二维传送带上圆片颗粒运动与开口大小及传送带速度的关系，发现当开口尺寸d固定时，存在临界速度vc，在v＜vc范围，流量Q随速度v线性增大，在vc处Q-v关系发生突变.改变颗粒运动速度v或改变开口尺寸d均有临界值，使颗粒流规律发生转变.这是由于开口尺寸或速度变化使颗粒间相互作用及颗粒流状态变化造成的. 关键词： 平面颗粒流 瓶颈效应     

气固两相三维圆柱绕流的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气周两相三维圆柱绕流的涡量场和颗粒扩散,并着重讨论了圆柱绕流中卡门涡街的形成和涡结构的转捩过程。同时分析了圆柱绕流中不同Stokes数的颗粒在涡结构作用下的横向扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0．01的颗粒在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

驻波声场中圆柱形管道周围颗粒的运动特性

针对圆柱形管道外部的流体与颗粒介质运动问题,提出了结合圆柱周围声辐射力和声流Stokes力的研究方法。从柱体外部声流方程出发,得到影响涡流结构的无量纲参数Rem≥325.27时,外涡最大流速大于内涡最大流速。在此基础上,采用Nyborg的边界滑移速度理论,获得管道外部声流的极限滑移速度,推导得出圆柱附近的声辐射力公式。基于此公式,在理论上推导出颗粒速度为0、声辐射力和声流Stokes力平衡时,颗粒临界直径的表达式。通过对圆柱位于不同位置时,圆柱外部的颗粒运动进行仿真模拟,得到与理论公式相一致的结论:颗粒的临界直径的大小与声波频率有关,当颗粒直径小于临界直径时,声流Stokes力为主导,颗粒随声流运动,颗粒直径大于等于临界直径时,声辐射力为主导,颗粒在声辐射力作用下逐渐向声辐射力的节点聚集。理论与仿真结果表明该方法可用于分析管道外颗粒的分布状态,其研究结果有助于解决电站中换热器的管道结垢、热交换率降低等问题。     

Pipe flow measurement by using a side-scattering holographic particle imaging technique

A side scattering holographic particle imaging technique has been developed and demonstrated to be a capable tool for obtaining good quality images of a particle field in a high Reynolds number pipe flow. Instantaneous three-dimensional velocity components can be measured. The streamwise velocity error is estimated to be about 5%. Limitations of this optical set-up are discussed. The methodology and results presented will be of use for designing a pulsed laser holographic technique for turbulent velocity measurement or particle diagnostics in a pipe flow.     

气固两相流中颗粒-颗粒随机碰撞新模型

本文提出一种气固两相流中计算颗粒－颗粒碰撞新模型．该模型提出一种碰撞概率新概念,与已有模型相比,新模型对碰撞概率的思考另辟蹊径,由所得公式可以确定影响碰撞概率大小的因素．此外,该模型提出在所研究控制体中选择虚拟颗粒的方法,特别是对虚拟颗粒的粒径、速度和随机数之间提出相关性准则．它弥补了以往模型的缺陷．经过计算,验证了新模型的合理性．     

空间发展湍流气粒两相平面混合层的大涡模拟与统计

本文对空间发展的湍流气固两相平面混合层流动进行了大涡模拟研究,其中气相亚网格尺度（SGS）使用结构函数模型,气相控制方程组采用SIMPLE方法求解,固体颗粒运动用拉格朗日方法计算。计算结果正确重现了流体涡结构的卷起、合并和破碎过程,以及小尺寸颗粒在涡边缘（低涡度区）的局部富集现象。对直径分别为42μm、72μm和135μm分别进行了模拟,并将统计结果和实验测量结果（Hishida　et　al[1]）比较,表明两者的平均速度吻合很好,但颗粒数密度和脉动速度存在较明显的差异,因此有必要对亚网格应力和颗粒之间的耦合作用以及拟序结构的三维性对颗粒运动的影响开展深入研究。     

Provide a suitable range to include the thermal creeping effect on slip velocity and temperature jump of an air flow in a nanochannel by lattice Boltzmann method

The thermal creeping effect on slip velocity of air forced convection through a nanochannel is studied for the first time by using a lattice Boltzmann method. The nanochannel side walls are kept hot while the cold inlet air streams along them. The computations are presented for the wide range of Reynolds number, Knudsen number and Eckert number while slip velocity and temperature jump effects are involved. Moreover appropriate validations are performed versus previous works concerned the micro–nanoflows.The achieved results are shown as the velocity and temperature profiles at different cross sections, streamlines and isotherms and also the values of slip velocity and temperature jump along the nanochannel walls. The ability of the lattice Boltzmann method to simulate the thermal creeping effects on hydrodynamic and thermal domains of flow is shown at this study; so that its effects should be involved at lower values of Eckert number and higher values of Reynolds number especially at entrance region where the most temperature gradient exists.     

气粒并流上行流动中颗粒团特性的实验研究

用流动显示法和图像分析法研究了气粒并流上行流动中颗粒团的瞬态行为,通过灰度梯度识别颗粒团,由颗粒团成像的象素确定其尺寸,采用相关分析法计算颗粒团的速度。随着颗粒流量的提高和表现气速的降低,气粒并流上行流动中开始出现颗粒团,由于颗粒团与气相的相互作用,流态具有不稳定和不规则的现象.在一定操作条件下,在壁面附近出现了一些长时间停留的大尺寸颗粒团.     

Transient Response of Particle Distribution in a Chamber to Transient Particle Injection

We inject a large number of newly created nano‐particle aggregates into a chamber for the purpose of removing harmful contents in an indoor environment. This study is to experimentally and numerically investigate transient response of particle distributions to particle injections. A room‐sized chamber of 4 m × 2.1 m × 2.4 m is connected to a specially designed particle‐injection system, with two Optical Particle Counters used to simultaneously measure particle‐number densities with the size range from 0.3 μm to 10 μm at the inlet and in the chamber. A velocity probe measures the flow that is up to 1 m/s. An Euler‐type particulate‐phase‐transport model is developed and validated by comparing with experimental data. The study shows that the transient behavior of particle distributions is determined by many factors, including particle size, particle settling speed, sampling location, and velocity distribution. Particle number densities decrease in time more quickly for large particles than for small particles, and locations farther downstream in the chamber correlate more weakly with the inlet injection.     

流速比对颗粒在液固两相平板混合层中沉降的影响

本文采用流动显示的方法对平板混合层中上下层流体速度比对固体颗粒在混合层中沉降的影响进行了研究。实验中分别采用粒径小于 ４０ ｕｍ,粒径 ９８～１０４ｕｍ,粒径 １５４～１６０ｕｍ的玻璃微珠以及环氧树脂作为固相颗粒,对这些颗粒在速度比分别为１：１．２、１：２和１：２．８的液相混合层中的运动进行了显示。结果表明混合层中大涡结构对固体颗粒的沉降具有迟滞作用,其作用程度取决于混合层中上下层流体速度比。速度比越大,颗粒的沉降越慢。     

Melting heat transfer in boundary layer stagnation-point flow towards a stretching/shrinking sheet

An analysis is carried out to study the steady two-dimensional stagnation-point flow and heat transfer from a warm, laminar liquid flow to a melting stretching/shrinking sheet. The governing partial differential equations are converted into ordinary differential equations by similarity transformation, before being solved numerically using the Runge-Kutta-Fehlberg method. Results for the skin friction coefficient, local Nusselt number, velocity profiles as well as temperature profiles are presented for different values of the governing parameters. Effects of the melting parameter, stretching/shrinking parameter and Prandtl number on the flow and heat transfer characteristics are thoroughly examined. Different from a stretching sheet, it is found that the solutions for a shrinking sheet are non-unique.     

研究两相流中固粒对流体湍动特性影响的新方法

本文提出了计算两相流中固粒对流体湍动特性影响的一种新方法，得到不同情况下固粒对流体端动特性的影响。将该方法用于槽流湍流场的求解，说明该方法是可行的。