湍流方管中颗粒分散和沉降行为的数值模拟
发布时间：2021-08-11 07:18
应用大涡模拟研究了湍流方管中雷诺数为2.5×105时3种直径（50μm, 100μm, 500μm）的颗粒分散和沉降行为。模拟得到流体相的计算结果与实验数据吻合良好。颗粒场的分析结果表明,方管内产生的湍流驱动二次流对颗粒的分散与沉降行为均有较大的影响。颗粒的分散性随颗粒直径的增大而降低。对于小颗粒,二次流对其分布其主导作用,整体分布较为均匀,在重力的综合影响下,其倾向于沉积在管道底部中心区域。对于大颗粒,重力对其沉降过程起主导作用,在在二次流的影响下,其易于沉积在方管的角落处。动力学分析结果表明,曳力主导小颗粒的运动,而大颗粒的运动主要受到重力的作用。
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１方管的几何结构示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｓｑｕａｒｅ?ｄｕｃｔ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??
８４２??工程热物理学报??４０卷??作用。图?３（ｂ）为《＋＝?２０００００?时?１００?（ｉｍ，?５００?（ｉｍ?的??颗粒分布情况，由图可知，大尺寸的颗粒（１００？５００??ｐｍ）随着时间的增加逐渐接近方管的底部，且颗粒??分布关于＝?〇对称。整个过程中小直径（５０?ｎｍ）??的颗粒沿￥方向分散性较好，随时间变化不大，这??－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０??－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０??ＵＰ??图３不同时刻：ｒ方向颗粒位置速度的分布关系：??（ａ）?ｔ＋?＝?１３９５４，?（ｂ）?ｔ＋?＝?２０００００??Ｆｉｇ．?３?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎ?ｘ??ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ：??（ａ）?ｔ＋?＝?１３９５４，?（ｂ）?ｔ＋?＝?２０００００??表２不同时刻ｒｒ方向颗粒位置速度分布的百分比／％??Ｔａｂｌｅ?２?Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??ｌｏｃａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎ?ｘ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｔｉｍｅｓ／％??１３９５４?２０００００??ｄｐ／［ｉｍ??＞?０??Ｕｐ??＜０??ｘ＋??＞?０??ｘ＋??＜?０??＞?０??Ｕｐ??＜０??＞０??ｘ＋??＞?０??５０??４９??５１??４９??５１??－??一??一??－??１００??４５??５５??４６??５４??６５??３５??３２??６８??５００??２５??７５??１６??８４??６１
??＜０??ｘ＋??＞?０??ｘ＋??＜?０??＞?０??Ｕｐ??＜０??＞０??ｘ＋??＞?０??５０??４９??５１??４９??５１??－??一??一??－??１００??４５??５５??４６??５４??６５??３５??３２??６８??５００??２５??７５??１６??８４??６１??３９??０??１００??可能是由于二次流对小颗粒的分布影响较大，一定??程度上抵消了重力对其运动的影响．??如果颗粒运动至距离方管底面１．５倍直径的距??离内，就认为颗粒发生沉降。图４为不同时刻所有??颗粒位置的概率密度分布（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉ？??ｂｕｔｉｏｎ），?图?５?为相对应时刻?丨?方向上颗粒沉降速度??的分布情况。由图４可以看出，随着时间的增加所有??颗粒均发生了沉降，大直径颗粒逐渐沉积在方管两??侧的位置，而小颗粒逐渐沉积在底面的中心位置，图??４（ｂ）中该现象较为明显。对于５０哗的小颗粒，随??着时间的增加，其位置的概率分布与大直径颗粒相??比一直波动变化较大，这可能是因为小颗粒由于自??身惯性低而容易受到湍流二次流的影响，而大颗粒??由于惯性大而受到的影响相对小一些，这与图３中??小颗粒分散较为均匀的原因类似。此外，从图５还??可以看出，颗粒的沉降速度随着颗粒直径的增大而??增加，这也主要是因为在ｚ方向上重力对大颗粒的??图４不同时刻颗粒位置的概率密度分布：??（ａ）?ｔ＋?＝?８３７２４，?（ｂ）?ｔ＋?＝?３６２８０５??Ｆｉｇ．?４?ＰＤＦ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ：??（ａ）?ｔ＋?＝?８３７２４
本文编号：3335729
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１方管的几何结构示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｓｑｕａｒｅ?ｄｕｃｔ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??
８４２??工程热物理学报??４０卷??作用。图?３（ｂ）为《＋＝?２０００００?时?１００?（ｉｍ，?５００?（ｉｍ?的??颗粒分布情况，由图可知，大尺寸的颗粒（１００？５００??ｐｍ）随着时间的增加逐渐接近方管的底部，且颗粒??分布关于＝?〇对称。整个过程中小直径（５０?ｎｍ）??的颗粒沿￥方向分散性较好，随时间变化不大，这??－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０??－１．０?－０．５?０．０?０．５?１．０??ＵＰ??图３不同时刻：ｒ方向颗粒位置速度的分布关系：??（ａ）?ｔ＋?＝?１３９５４，?（ｂ）?ｔ＋?＝?２０００００??Ｆｉｇ．?３?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎ?ｘ??ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ：??（ａ）?ｔ＋?＝?１３９５４，?（ｂ）?ｔ＋?＝?２０００００??表２不同时刻ｒｒ方向颗粒位置速度分布的百分比／％??Ｔａｂｌｅ?２?Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??ｌｏｃａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎ?ｘ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｔｉｍｅｓ／％??１３９５４?２０００００??ｄｐ／［ｉｍ??＞?０??Ｕｐ??＜０??ｘ＋??＞?０??ｘ＋??＜?０??＞?０??Ｕｐ??＜０??＞０??ｘ＋??＞?０??５０??４９??５１??４９??５１??－??一??一??－??１００??４５??５５??４６??５４??６５??３５??３２??６８??５００??２５??７５??１６??８４??６１
??＜０??ｘ＋??＞?０??ｘ＋??＜?０??＞?０??Ｕｐ??＜０??＞０??ｘ＋??＞?０??５０??４９??５１??４９??５１??－??一??一??－??１００??４５??５５??４６??５４??６５??３５??３２??６８??５００??２５??７５??１６??８４??６１??３９??０??１００??可能是由于二次流对小颗粒的分布影响较大，一定??程度上抵消了重力对其运动的影响．??如果颗粒运动至距离方管底面１．５倍直径的距??离内，就认为颗粒发生沉降。图４为不同时刻所有??颗粒位置的概率密度分布（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｄｉｓｔｒｉ？??ｂｕｔｉｏｎ），?图?５?为相对应时刻?丨?方向上颗粒沉降速度??的分布情况。由图４可以看出，随着时间的增加所有??颗粒均发生了沉降，大直径颗粒逐渐沉积在方管两??侧的位置，而小颗粒逐渐沉积在底面的中心位置，图??４（ｂ）中该现象较为明显。对于５０哗的小颗粒，随??着时间的增加，其位置的概率分布与大直径颗粒相??比一直波动变化较大，这可能是因为小颗粒由于自??身惯性低而容易受到湍流二次流的影响，而大颗粒??由于惯性大而受到的影响相对小一些，这与图３中??小颗粒分散较为均匀的原因类似。此外，从图５还??可以看出，颗粒的沉降速度随着颗粒直径的增大而??增加，这也主要是因为在ｚ方向上重力对大颗粒的??图４不同时刻颗粒位置的概率密度分布：??（ａ）?ｔ＋?＝?８３７２４，?（ｂ）?ｔ＋?＝?３６２８０５??Ｆｉｇ．?４?ＰＤＦ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｉｍｅｓ：??（ａ）?ｔ＋?＝?８３７２４
本文编号：3335729
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3335729.html
