颗粒碰撞率的实验研究

本文采用一种新的研究思路,以高速摄像作为手段,结合各种新颖的PTV算法,在毫秒级时间尺度和毫米级空间尺度上(颗粒尺寸)来对颗粒碰撞率做实验研究,对长期以来一直沿用的描述颗粒碰撞率的关系进行检验与修正。通过对实际颗粒碰撞率与颗粒浓度、平均相对速度的关系进行测量研究,发现理论关系与实验存在较大的差别,理论关系较大地高估了碰撞率。指出了需要进一步深入和完善描述颗粒碰撞率的实验规律,这些规律可直接应用于气固两相流动的数值计算与理论分析中。     

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．     

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.     

一种利用示踪粒子群体运动特征的PTV方法

通过利用示踪粒子在流场局域运动基本相同的事实,提出了用２ 帧图像实现粒子跟踪的ＰＴＶ（ＰａｒｔｉｃｌｅＴｒａｃｋｉｎｇ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ） 算法,给出了算法实施的数据结构,并用运动场模拟数据和实测数据进行了验证,证明了这种方法的可行性。     

液滴碰撞Janus颗粒球表面的行为特征

为研究液滴碰撞Janus颗粒(双亲性)球表面的独特行为特征,以粒径为5.0 mm铜球为材料制备了Janus颗粒,用直径为2.0 mm的液滴,在韦伯数(We)为2.7,10,20,30的测试情况下对Janus颗粒球表面进行了碰撞实验.结果表明:液滴碰撞Janus颗粒球表面后的运动可分为铺展、回缩、振荡和回弹4个过程.在不...     

循环床内气固两相流中稠密颗粒间碰撞的数值模拟

循环床内部的流动属于复杂不均匀的稠密气固两相流，稠密颗粒间的相互作用是影响颗粒运动和浓度分布的不可忽视的重要因素。本文采用直接模拟Monte－Carlo算法（DSMC算法）来模拟颗粒间的相互碰撞过程，并与随机轨道模型结合起来综合考虑湍流和颗粒碰撞对颗粒运动和浓度分布的影响，模拟结果预报了床内分层流动结构和颗粒在稀相区的不均匀分布，计算结果与实验定性符合。     

铜微颗粒碰撞阻尼特性

碰撞阻尼在机床、机器人、透平机械、飞机以及运载火箭等领域具有重要的应用价值. 在碰撞阻尼器中加入微颗粒材料, 可以利用颗粒的细化和塑性变形而有效地吸收振动能量, 为碰撞阻尼的研究和发展开辟了一条新途径. 本文讨论了带有中值粒度为50 μm的铜颗粒碰撞阻尼器在96 h内对正弦激励悬臂梁的阻尼减振特性. 研究表明, 在所考察的时间段内, 主系统的响应经历了先上升、再下降和再上升的过程. 这三个阶段的响应对应着铜颗粒微观结构变化的三个阶段. 在初始阶段, 铜颗粒主要表现为弹性变形, 能耗较低, 而钢球的次谐波共振可能将部分能量返回给主系统, 使主系统响应随时间呈现近似线性的上升; 在第二阶段, 当主系统响应增加到一定程度时, 钢球对铜粉的冲击力超出铜颗粒的屈服应力, 铜颗粒发生屈服, 不可逆能耗使主系统的响应震荡下降; 到了第三阶段, 铜颗粒在钢球冲击下发生硬化, 其应变和层错概率上升, 应变能和层错能下降, 主系统的响应再次持续震荡上升. 本文的结果对振动的被动控制以及材料塑性变形机理研究具有参考 意义. 关键词： 振动控制 碰撞阻尼 颗粒减振剂 微结构分析     

碰撞对尘埃等离子体鞘层中尘埃颗粒影响

在一维平板鞘层中应用流体模型研究了尘埃等离子体鞘层中碰撞对尘埃颗粒密度和带电量的影响。 研究所涉及的碰撞主要有电离碰撞,电子、离子分别与中性粒子的碰撞,以及电子、离子分别与尘埃颗粒的碰撞。通过采用四阶龙格库塔法,得到了数值解。结果表明,随着电离碰撞或者电子、离子分别与中性粒子碰撞的频率 增加,都将导致鞘层中尘埃颗粒的数密度增大,数密度的极值位置向鞘边位置靠近,尘埃颗粒带电量增多。电子、离子与尘埃颗粒的碰撞,使得尘埃带电量减小。此外,从研究的结果来看,由离子产生的碰撞要比电子产生的碰 撞对尘埃颗粒的影响明显得多。     

微细颗粒碰撞作用规律的数值模拟

通过实验和数值模拟方法,对微细颗粒（直径小于100 μm）碰撞规律进行研究.首先采用离散元模拟,基于改进的硬球模型,探索在流场作用下,微细颗粒的初始速度、表面能、尺寸、质量浓度和风速对微细颗粒之间的结合性碰撞及非结合性碰撞的影响,同时考虑微细颗粒团聚及沉降的物理运移过程,得出不同初始条件下微细颗粒碰撞频率的演化规律.最后进行物理实验,发现模拟得到的碰撞频率与实验得到的微细颗粒自沉降特征相一致.     

三维射流中颗粒碰撞的直接数值模拟

采用硬球模型对三维气同两相射流中Stokes数为10的中等颗粒的碰撞行为进行了直接数值模拟,以初步考察两相流动中颗粒碰撞的特件.颗粒的跟踪采用单向耦合的Lagrangian方法,计算分析了颗粒碰撞随空间、时间的演化及其对颗粒分布不均匀性的影响.模拟结果表明颗粒碰撞主要分布在流场巾颗粒局部浓度较高的区域;由于射流初期大尺度涡结构的影响,颗粒的浓度分布最为不均,因此碰撞次数在这一时期随时间呈线性增加,达到最大值后逐渐回落趋于平缓.此外,对网格中颗粒个数分布的矩的统计发现,碰撞对颗粒分布不均匀性的影响随时间呈现不同的特性.     

颗粒圆孔射流碰撞并行直接数值模拟算法研究

本文对空间模式发展的颗粒圆孔射流碰撞进行了并行直接数值模拟算法研究。气相采用可压缩的N-S方程直接求解。颗粒相采用Lagrangian方法跟踪实际的颗粒运动。利用并行求解算法,实现了颗粒穿越边界面的模拟以及高效颗粒碰撞算法。考虑了颗粒和流体的双相耦合以及颗粒之间的碰撞。在本文的计算条件下,颗粒的直径远小于网格的间距,平均的Kolmogorov尺度和网格的间距在一个量级。气相和颗粒相的应力与实验的对比研究表明,本文的颗粒并行程序是可信的。     

排烟增湿脱硫活化反应器内液滴──脱硫剂颗粒碰撞的数值模拟

排烟增湿脱硫活化反应器内液滴──脱硫剂颗粒碰撞的数值模拟唐庆，徐旭常（清华大学热能工程系北京１０００８４）关键词液滴－颗粒碰撞，脱硫，数值模拟要有效的控制ＳＯＺ的污染，降低燃煤电厂排烟中ＳＯＺ的浓度显得尤为重要。在众多的烟气脱硫技术中，排烟增湿活化脱...     

双流体颗粒-壁面碰撞模型用于旋流流动

对旋流两相流动,用考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型,结合二阶矩两相湍流模型和不同颗粒相边界条件,进行了数值模拟。结果表明,由于考虑了各方向雷诺应力之间的相互转化,雷诺应力从平均运动中得到能量,以及壁面对颗粒运动的衰减作用等因素,该颗粒壁面碰撞模型给出的模拟结果与实验符合较好,而广泛应用的零梯度颗粒壁面边界条件给出的模拟结果最差。     

基于NI-Lab View CVI的大气中颗粒信息提取技术

如何从图像中提取颗粒信息对粒度分析很重要。大气样品中存在一些纤维状的物体 ,用激光衍射法和一般的颗粒信息提取技术无法提取样品中的颗粒信息。介绍了从大气样品的图像中提取颗粒信息的方法。在NI LabViewCVI平台上 ,实现了这种提取颗粒信息的技术 ,并用实例展示图像处理结果。     

50 kHz/200 kHz声场水中疏水颗粒的瞬态及稳态团聚规律

针对超声场存在的瞬态及稳态两种疏水颗粒团聚行为,分别选取50 kHz与200 kHz两个频率,通过高速摄像机对不同的声团聚现象进行观测,对比了瞬态及稳态团聚在团聚位置、速度及聚团形态、数量、强度等方面的差异,并从声辐射力和空化的角度分析了瞬态及稳态团聚不同的形成机制。研究结果表明, 50 kHz声场与200 kHz声场分别引起瞬态和稳态声团聚,两种声团聚方式的行为和形成机制均存在较大差异。     

颗粒团聚对纳米尺度熔化行为的影响

纳米粒子表面的大量空悬、不饱和键导致的高能量、不稳定性,使得颗粒之间极易自发形成团聚,限制了众多纳米特性的发挥。本文以银纳米颗粒的团聚体为研究对象,通过分子动力学模拟其熔化行为,采用势能-温度法获得熔点。结果表明,由于团聚,颗粒间形成了"颈部"结构,导致颗粒比表面积降低,进而引起熔点升高;相较于大颗粒团聚,极小颗粒间容易聚合成一个近似立方整体,有可能获得更高的熔点。通过X射线衍射及透射电镜对银纳米粉末进行表征,验证了团聚体的存在。采用热重-差式综合热分析仪对粉体的熔点进行了测量,与模拟结果吻合较好。     

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。     

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。     

周期型二元颗粒链中孤波传播的二体碰撞近似分析

本文运用二体碰撞近似理论研究了孤波在周期型二元颗粒链中的传播. 周期型二元颗粒链由N个大球和一个小球交替排列而成, 球的材质都相同. 将小球和与之相邻的大球等效成一个球, 形成一条等效链. 采用二体碰撞近似理论, 推导了孤波在颗粒链中传播的速度、通过颗粒链时间以及小球的振荡频率. 理论分析得到小球振荡频率随着半径的增大而减小, 该结果与计算机模拟结果符合得相当好. 二体碰撞近似理论给出的波通过整条颗粒链时间, 在N ≤ 2时与计算机模拟结果符合得很好. 理论计算的误差随链长的变化不大. 但随着N的增大, 理论得到的结果相对误差变大.     

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.