溶解与热对流对固体颗粒运动影响的直接数值模拟

对牛顿流体内溶解与热对流对单颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟.流体运动由守恒方程计算,密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响,通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定.通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合.分别模拟了颗粒在等温流体、热流体、冷流体及颗粒溶解四种情况下的沉降过程.结果表明,在一定雷诺数内,热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动,并使颗粒沉降速度发生了变化. 关键词： 溶解 热对流 颗粒两相流 直接数值模拟     

溶解椭圆颗粒沉降的介观尺度数值模拟

在任意拉格朗日欧拉(ALE)算法模拟有热对流影响的颗粒两相流动的直接数值模拟基础上, 通过建立颗粒溶解速度和颗粒表面热流密度的关系, 对溶解的椭圆颗粒在垂直管道内牛顿流体中的沉降进行了直接数值模拟. 计算结果表明:与等温惰性椭圆颗粒沉降相比, 流体的对流运动、颗粒质量以及形状的变化等因素使溶解的椭圆颗粒在不同初始角度沉降时, 颗粒沉降动态尾迹、颗粒受力、颗粒沉降速度等都发了较大变化.     

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.     

方形颗粒在黏弹性流体中的沉降特性

采用有限元任意拉格朗日-欧拉(ALE)法对方形颗粒在黏弹性流体中的沉降特性进行研究。通过直接数值模拟得到了不同弹性数下方形颗粒的稳定取向角的变化情况,并讨论了颗粒长宽比和通道宽度对其沉降特性的影响。结果表明,当方形颗粒在黏弹性流体中沉降时,弹性数存在一个临界值。当弹性数小于临界值时,颗粒的稳定取向为长轴方向垂直于重力方向;当弹性数大于临界值时,颗粒的稳定取向为长轴方向平行于重力方向。颗粒长宽比和通道宽度对其沉降特性都有一定的影响。长宽比大的颗粒在沉降过程中的取向角和横向漂移的振幅更大。弹性数的临界值随着长宽比的增大而减小,随着阻塞比的增大而增大。     

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。     

二维单液滴内颗粒沉降特性的数值模拟研究

燃煤烟气中的含细微颗粒物浆滴经烟气夹带进入大气会对电厂周边环境造成较大的危害.高效脱除含细微颗粒物的湿烟气冷凝液滴是防控细微颗粒物污染的有效手段,而细微颗粒物在液滴内部的流动与沉降行为对液滴脱除滑动特性有重要影响.基于此,本文建立了微米尺度固体颗粒在二维单液滴内的自由沉降运动模型,数值模拟研究了颗粒粒径、液滴形貌参数、...     

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。     

水平环道内油水气多相流动研究

为建立自主的多相流动数据库,在水平环道中进行了一系列水－气两相、油－气两相和油－水－气三相流动试验。本文测量了各相流动中由于摩擦而产生的压力损失,计算了压差梯度并作了比较;观察了各相流动中的流型;描述了各种流型的发生、发展和变化及其与流动介质的关系,并作了相互比较。     

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟周力行，林文漪，廖昌明（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：湍流两相流，数值模拟为提高整体式冲压发动机双侧进气突扩燃烧室火焰稳定能力，我们提出了进气管内装设有切向导角的中心管。流场显示及Ｌ...     

过载条件下颗粒在液氧输送管内的加速特性研究

应用固体颗粒在液体介质中的沉降理论及ANSYS Fluent的离散相模型(DPM),开展了过载条件下固体颗粒在长距离液氧输送管内的流速特性分析,数值研究了不同颗粒直径、不同过载条件的颗粒加速特性,得到了以下结论:在过载条件下,固体颗粒在长距离液氧输送管内的流体阻力主要是压差阻力,该压差阻力使得颗粒在输送管内的加速特性并不明显。计算表明:对于5mm直径的固体颗粒,在5g过载条件下,颗粒相对液氧的沉降末速略高于1m/s。     

热对流条件下双颗粒沉降的直接数值模拟

在任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法模拟等温惰性颗粒两相流的基础上,增加对能量方程的联立求解,对热对流条件下双颗粒的沉降进行了直接数值模拟.结果表明:双颗粒在等温流体、热流体和冷流体中运动形式是不同的,造成不同的主要因素是热对流引起了颗粒不同的动态尾迹,在热流体中颗粒尾部形成了涡的脱落,在冷流体中颗粒尾部形成了羽流.     

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     

Direct numerical simulation of the flow around a wall-mounted square cylinder under various inflow conditions

The flow around a wall-mounted square cylinder of side d is investigated by means of direct numerical simulation (DNS). The effect of inflow conditions is assessed by considering two different cases with matching momentum-thickness Reynolds numbers Re_θ ? 1000 at the obstacle: the first case is a fullyturbulent zero pressure gradient boundary layer, and the second one is a laminar boundary layer with prescribed Blasius inflow profile further upstream. An auxiliary simulation carried out with the pseudo-spectral Fourier–Chebyshev code SIMSON is used to obtain the turbulent time-dependent inflow conditions which are then fed into the main simulation where the actual flow around the cylinder is computed. This main simulation is performed, for both laminar and turbulent-inflows, with the spectral-element method code Nek5000. In both cases the wake is completely turbulent, and we find the same Strouhal number St ? 0.1, although the two wakes exhibit structural differences for x > 3d downstream of the cylinder. Transition to turbulence is observed in the laminar-inflow case, induced by the recirculation bubble produced upstream of the obstacle, and in the turbulent-inflow simulation the streamwise fluctuations modulate the horseshoe vortex. The wake obtained in our laminar-inflow case is in closer agreement with reference particle image velocimetry measurements of the same geometry, revealing that the experimental boundary layer was not fully turbulent in that dataset, and highlighting the usefulness of DNS to assess the quality of experimental inflow conditions.     

Modelling of the sedimentation of polydisperse suspension particles in a plate centrifuge

The investigation of the sedimentation of particles of a dense polydisperse suspension in the plate centrifuge was carried out based on numerical simulation. It was shown that the reason for the nonmonotone behavior of the sedimentation velocity dependence on particle size is the action of different mechanisms of the particles interaction. The appropriateness of the formula U _s,i = −r _p /2 ∂lnc _i /∂t for measuring the sedimentation velocity of particles of a dense polydisperse suspension in the plate centrifuge was examined.     

可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究

对空间模式发展的气固两相圆孔射流中颗粒与流体双相耦合作用进行了并行环境下的直接数值模拟算法研究。气相流场采用可压缩的N-S方程直接求解。计算颗粒场时,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。为了模拟颗粒对流体的作用,考虑了颗粒和流体的双相耦合。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,保证了DNS的要求。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。     

Direct numerical simulation of passive scalar in decaying compressible turbulence

1IntroductionDirectnumericalsimulation(DNS)becomesanimportanttoolinrecentresearchofturbulence[1].DNSofcompressibleturbulenceismoredifficultthanthatoftheincompressibleturbulence.WhentheturbulentMachnumberisgreaterthan0.3theshockletsmayappearinthecompressibleturbulentflowfields.Thereasonandmechanismofshockletsexistencearenotclearyet.TheturbulentMachnumberinDNScannotbeveryhighwiththepresentexistingnumericalmethodsandcomputerresource.Fortheproblemofcompressibleisotropicturbulencewiththeinitia…     

Eulerian simulation of sedimentation flows in vertical and inclined vessels

Sedimentation of particles in inclined and vertical vessels is numerically simulated using a finite volume method where the Eulerian multiphase model is applied. The particulate phase as well as the fluid phase is regarded as a continuum while the viscosity and solid stress of the particulate phase are modelled by the kinetic theory of granular flows. The numerical results show an interesting phenomenon of the emergence of two circulation vortices of the sedimentation flow in a vertical vessel but only one in the inclined vessel. Several sensitivity tests are simulated to understand the factors that influence the dual-vortex flow structure in vertical sedimentation. Results show that a larger fluid viscosity makes the two vortex centres much closer to each other and the boundary layer effect at lateral walls is the key factor to induce this phenomenon. In the fluid boundary layer particles settle down more rapidly and drag the local carrier fluid to flow downward near the lateral walls and thus form the dual-vortex flow pattern.