多颗粒在牛顿流体中沉降的模拟研究

采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对多颗粒在牛顿流体中沉降的过程进行了直接数值模拟,颗粒之间的碰撞采用弹性力模型。考察了颗粒初始间距、雷诺数对颗粒沉降形态及沉降速度等的影响。结果表明,奇数与偶数颗粒群的沉降形态及沉降速度差异较大。对于奇数颗粒群(5个),当雷诺数较低时颗粒群呈"凹"形沉降,而当雷诺数增大时中间颗粒会脱离颗粒群,剩下的颗粒群或呈"凹"形或呈"凸"形,这与初始间距有关,文献中仅获得雷诺数较低时的情况。对于偶数颗粒群(6个),当雷诺数较小时呈"凸"形沉降,而当雷诺数增大时颗粒会发生"DKT(DriftingKissing-Tumbling)"现象,且当初始间距增大时发生"DKT"的对象不再是靠近壁面的颗粒对,已有文献中没有观察到这一现象。     

滴形颗粒在通道中沉降的格子Boltzmann-虚拟区域方法模拟

采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对滴形颗粒在垂直通道中的沉降过程进行直接数值模拟.通过格子Boltzmann方法求解N-S方程,流体与固体之间的相互作用通过虚拟区域方法描述.研究雷诺数在10^-2到100范围内颗粒形状因子对其摩擦系数和阻力系数的影响.为便于比较,给出了圆形颗粒沉降的结果.结果发现,当雷诺数小于1的时候,颗粒的摩擦系数始终保持常数,而当雷诺数大于1时摩擦系数随雷诺数的增大而增大.此外,当雷诺数小于约30时圆形颗粒的摩擦系数和阻力系数均小于滴形颗粒,而当雷诺数大于30时情况正好相反.颗粒周围的压力分布证明了这一结论.     

并列双椭圆柱绕流的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟研究

采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对并列双椭圆柱绕流进行了模拟研究。首先,通过与并列双圆柱的结果进行对比,验证了数值方法的有效性。其次对雷诺数为200时两种间距(g=0.5a和2.0a,g为柱体表面间距,a为椭圆长轴)的情况进行了研究,考察了椭圆长轴与短轴之比,即α值对柱体升阻力系数及涡结构的影响。研究发现,与圆柱相比,对于g=0.5a椭圆柱的升阻力系数可能出现两种变化,一是升阻力随时间演化较规则,接近周期性;二是流场可能长时间偏向于其中一个椭圆柱,这些变化与α的值有关。对于g=2.0a,两个椭圆柱后的某一区域内会出现四列涡街,经过一段时间,四列涡街又会演化成两列向两侧扩张的涡街。