颗粒在黏弹性流体扩张和收缩流中沉降的格子Boltzmann模拟分析
发布时间：2021-02-08 06:07
对于Oldroyd-B型黏弹性流体,本文应用格子Boltzmann方法（LBM）,实现了流体在二维1:3扩张流道及3:1收缩流道中流动的数值模拟,获得了黏弹性流体在扩张和收缩流道中的流场分布.结合颗粒的受力和运动规则,基于点源颗粒模型,数值分析了颗粒在扩张流和收缩流中的沉降过程和特征,讨论了颗粒相对质量和起始位置以及雷诺数Re和威森伯格数Wi对颗粒沉降特征的影响.结果表明,颗粒相对质量和起始位置以及Re对颗粒沉降轨迹和落点影响较大,而Wi的影响则较小.
【文章来源】：力学季刊. 2020,41(02)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
颗粒在不同雷诺(a)扩张流中颗粒沉降轨迹(a)Particlesettlementtrajectoryinexpansionflow
rticlesettlementtrajectorywithdifferentM表2Re=3.0和Wi=0.3时不同M颗粒在扩张流中沉降位置Tab.2ParticlesettlementpositionfordifferentMwithRe=3.0andWi=0.3inexpansionflowRelativemassM0.00050.00080.0010.0020.003Fallingpositionx/mm-164.544130.53864.22542.841表3Re=3.0和Wi=0.1时不同M颗粒在收缩流中沉降位置Tab.3ParticlesettlementpositionfordifferentMwithRe=3.0andWi=0.1incontractionflowRelativemassM0.00050.00080.0010.00110.00150.002Fallingpositionx/mm-155.484123.432113.50583.67062.947从图3可以看到，随着颗粒相对质量的减小，在扩张流和收缩流中颗粒沉降的落点越来越远．在扩张流中，当颗粒相对质量较大时，颗粒沉降到入口段的壁上，如：M=0.002,0.003；当颗粒相对质量较小时，颗粒可以沉降到出口段的壁上．当M=0.001时，颗粒刚好能够进入到出口段，当M=0.0005时，颗粒将离开出口段．在收缩流中，当颗粒相对质量较大时，如：M=0.002,0.0015，颗粒在出口前就沉降落到道壁；当颗粒相对质量M=0.001时才在出口段沉降，而当颗粒相对质量M=0.0005时，颗粒将从出口处离开．在收缩流中，靠近收缩口部分的轨迹会出现向上走，这是因为流体收缩现象引起的，流道的收缩会导致收缩处部分的流体有向上的速度，此速度大于颗粒在此部分的向下速度，所以颗粒有如图3(b)中的向上流动的轨迹．因此，实际工程中，为了催化剂颗粒能够落到出口以外的位置，需要合理选择颗粒的相对质量．现取Re=3和Wi=0.3，在扩张流中取M=0.001，而在收缩流中取M=0.0008，来考察分析颗粒的初始位置对颗粒在扩张流道和收缩流道的落点情况的影响．图4(a)是颗粒在黏弹性流体扩张流中颗粒起始高度y0?
第2期李汉清，等：颗粒在黏弹性流体扩张和收缩流中沉降的格子Boltzmann模拟分析325y0分别为51,61,71,81,86mm时的运动轨迹．(a)扩张流中颗粒沉降轨迹(b)收缩流中颗粒沉降轨迹(a)Particlesettlementtrajectoryinexpansionflow(b)Particlesettlementtrajectoryincontractionflow图4不同起始高度y0颗粒沉降轨迹Fig.4Particlesettlementtrajectoryfordifferenty0图4表明，颗粒沉降的落点会随着颗粒起始位置y0的增加而越来越远．在扩张流中，当y0=61mm时，颗粒落点才进入扩张流道的后半段；当y0>61mm时，颗粒沉降过程会受到左下角涡的影响，且越靠近其轨迹曲线越陡峭．在收缩流中，当y0=61mm时，颗粒落点开始进入收缩流道的后半段，越靠上受到流体收缩的影响越小，轨迹曲线弯曲得越平缓．另外，在扩张流中，起始高度y0=51,56,61,66,71mm时，相对应的颗粒落点位置分别为x=40.059,81.416,130.538,180.519,224.140mm;在收缩流中，起始高度y0=51,61,71,81mm时，相对应的颗粒落点位置分别为x=116.801,155.484,197.628,239.030mm.取Re=1和y0=61，在扩张流中取M=0.0003，同样在收缩流中取M=0.0008，来考察Wi数对颗粒在扩张流道和收缩流道的落点情况的影响．图5(a)和图6(a)分别是在黏弹性扩张流和黏弹性收缩流中Wi=0.3,0.6,0.9,1.2时颗粒的沉降轨迹，图5(b)和图6(b)分别为对应段的放大图．由图5和图6可知，随着Wi的增大，颗粒在流场中的运动轨迹总体比较接近；在黏弹性扩张流中，颗粒的落点位置大约在x=139.4~141mm之间；在黏弹性收缩流中，颗粒的落点位置大约在x=52.84~52.94mm之间．这表明Wi的改变对?
本文编号：3023484
【文章来源】：力学季刊. 2020,41(02)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
颗粒在不同雷诺(a)扩张流中颗粒沉降轨迹(a)Particlesettlementtrajectoryinexpansionflow
rticlesettlementtrajectorywithdifferentM表2Re=3.0和Wi=0.3时不同M颗粒在扩张流中沉降位置Tab.2ParticlesettlementpositionfordifferentMwithRe=3.0andWi=0.3inexpansionflowRelativemassM0.00050.00080.0010.0020.003Fallingpositionx/mm-164.544130.53864.22542.841表3Re=3.0和Wi=0.1时不同M颗粒在收缩流中沉降位置Tab.3ParticlesettlementpositionfordifferentMwithRe=3.0andWi=0.1incontractionflowRelativemassM0.00050.00080.0010.00110.00150.002Fallingpositionx/mm-155.484123.432113.50583.67062.947从图3可以看到，随着颗粒相对质量的减小，在扩张流和收缩流中颗粒沉降的落点越来越远．在扩张流中，当颗粒相对质量较大时，颗粒沉降到入口段的壁上，如：M=0.002,0.003；当颗粒相对质量较小时，颗粒可以沉降到出口段的壁上．当M=0.001时，颗粒刚好能够进入到出口段，当M=0.0005时，颗粒将离开出口段．在收缩流中，当颗粒相对质量较大时，如：M=0.002,0.0015，颗粒在出口前就沉降落到道壁；当颗粒相对质量M=0.001时才在出口段沉降，而当颗粒相对质量M=0.0005时，颗粒将从出口处离开．在收缩流中，靠近收缩口部分的轨迹会出现向上走，这是因为流体收缩现象引起的，流道的收缩会导致收缩处部分的流体有向上的速度，此速度大于颗粒在此部分的向下速度，所以颗粒有如图3(b)中的向上流动的轨迹．因此，实际工程中，为了催化剂颗粒能够落到出口以外的位置，需要合理选择颗粒的相对质量．现取Re=3和Wi=0.3，在扩张流中取M=0.001，而在收缩流中取M=0.0008，来考察分析颗粒的初始位置对颗粒在扩张流道和收缩流道的落点情况的影响．图4(a)是颗粒在黏弹性流体扩张流中颗粒起始高度y0?
第2期李汉清，等：颗粒在黏弹性流体扩张和收缩流中沉降的格子Boltzmann模拟分析325y0分别为51,61,71,81,86mm时的运动轨迹．(a)扩张流中颗粒沉降轨迹(b)收缩流中颗粒沉降轨迹(a)Particlesettlementtrajectoryinexpansionflow(b)Particlesettlementtrajectoryincontractionflow图4不同起始高度y0颗粒沉降轨迹Fig.4Particlesettlementtrajectoryfordifferenty0图4表明，颗粒沉降的落点会随着颗粒起始位置y0的增加而越来越远．在扩张流中，当y0=61mm时，颗粒落点才进入扩张流道的后半段；当y0>61mm时，颗粒沉降过程会受到左下角涡的影响，且越靠近其轨迹曲线越陡峭．在收缩流中，当y0=61mm时，颗粒落点开始进入收缩流道的后半段，越靠上受到流体收缩的影响越小，轨迹曲线弯曲得越平缓．另外，在扩张流中，起始高度y0=51,56,61,66,71mm时，相对应的颗粒落点位置分别为x=40.059,81.416,130.538,180.519,224.140mm;在收缩流中，起始高度y0=51,61,71,81mm时，相对应的颗粒落点位置分别为x=116.801,155.484,197.628,239.030mm.取Re=1和y0=61，在扩张流中取M=0.0003，同样在收缩流中取M=0.0008，来考察Wi数对颗粒在扩张流道和收缩流道的落点情况的影响．图5(a)和图6(a)分别是在黏弹性扩张流和黏弹性收缩流中Wi=0.3,0.6,0.9,1.2时颗粒的沉降轨迹，图5(b)和图6(b)分别为对应段的放大图．由图5和图6可知，随着Wi的增大，颗粒在流场中的运动轨迹总体比较接近；在黏弹性扩张流中，颗粒的落点位置大约在x=139.4~141mm之间；在黏弹性收缩流中，颗粒的落点位置大约在x=52.84~52.94mm之间．这表明Wi的改变对?
本文编号：3023484
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