非等温颗粒液滴悬浮流的格子Boltzmann模拟
发布时间：2021-09-07 09:59
非等温颗粒悬浮流广泛存在于自然界和工业应用中。颗粒-流体间的热对流会对颗粒-颗粒、颗粒-流体间的相互作用造成重要影响,因此研究非等温颗粒悬浮流的内部机理,对于深入认识沙尘暴等自然现象、指导锅炉生产和运行等有着重要意义。颗粒与液滴间的碰撞也在自然界、食品工业、制药工业中扮演重要作用。实验研究复杂两相流现象很难抓住其中的内部作用细节,数值模拟是更好的选择。格子Boltzmann方法（LBM）作为一种日渐成熟的介观模拟方法,有着计算效率高、能捕捉内部作用细节、并行效率高等优点,已成为研究非等温颗粒悬浮流、颗粒-液滴碰撞的重要工具。本文利用LBM对非等温颗粒悬浮流和颗粒-液滴碰撞进行了研究,主要包括以下几个方面:首先,采用LBM,结合浸没边界法（IBM）,分别研究了两热颗粒、两冷颗粒和一热一冷双颗粒的沉降,并分析了格拉晓夫数对两非等温颗粒沉降间相互作用的影响。此外,对三种情况下双颗粒沉降过程中的相互作用进行了对比研究。其次,采用LBM-IBM,研究了热对流条件下颗粒尺寸比对两球形颗粒沉降行为的影响。研究了三种工况:两等温颗粒、两热颗粒和两冷颗粒的沉降。结果表明颗粒尺寸比对两非等温颗粒沉降中的拖...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
M个边界节点组成的边界，实线为边界实时位置，虚线为边界参考位置
图 2-3 二维内插尖锐界面格式示意图2.3.2 颗粒碰撞处理当颗粒相互靠近时，颗粒间的距离小到不足以正确处理颗粒-流体间的相互作用。针对此问题，通常的办法是把颗粒附近的流体网格加密。为了减少整体的流体网格数量，可以采用自适应网格，即实时加密颗粒附近的网格。但自适应网格只适合模拟含少量颗粒的系统，对于模拟大量颗粒的运动，仍面临计算量太大的问题。Aharonov等人[87]提出了润滑理论，即当两颗粒间的距离小于一个阀值时，不考虑颗粒间的流场对颗粒的水动力作用，只对两颗粒施加一个润滑力。值得注意的是，本文讨论的润滑力模型是基于刚性碰撞的假设。Glowinski 等人[88, 89]为处理颗粒-颗粒间的碰撞，提出当两颗粒表面的间距小于一个给定的阀值时，给两颗粒施加一个排斥力：20 | || | ( )| |i j i jij ij i j i j i ji j i jx x R RF c x x R R x xx x R R (2.30)
证本模型以及相应的程序代码的正确性两等温颗粒的沉降。颗粒沉降的格子 Boltzmann 模拟用下的沉降行为能反映颗粒与流场间流下颗粒沉降模型的算例。本节研究单00,2000,2500）下在竖直槽道的沉降行减少上下边界对结果的影响。颗粒密度重力加速度常数 g=-981cm/s2。颗粒的温度固定为 1，流体的初始温度也设为m。本节定义一个参考速度 ( ref U d /d ，其中 ν 是流体运动粘性系数[91]。壁边界。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑热对流的椭圆颗粒沉降规律的研究[J]. 胡俊杰,郭照立. 工程热物理学报. 2017(05)
[2]热对流条件下颗粒沉降的格子Boltzmann方法模拟[J]. 毛威,郭照立,王亮. 物理学报. 2013(08)
[3]热对流条件下双颗粒沉降的直接数值模拟[J]. 刘汉涛,常建忠,安康,苏铁熊. 物理学报. 2010(03)
博士论文
[1]基于格子Boltzmann方法的孔隙介质中液滴动力学行为研究[D]. 李秋香.华中科技大学 2014
[2]介观尺度两相流动的数值方法与机理研究[D]. 刘汉涛.中北大学 2012
硕士论文
[1]三维颗粒（群）沉降的格子Boltzmann全解析数值模拟[D]. 查露.华中科技大学 2015
[2]悬浮颗粒运动的格子Boltzmann全解析模拟[D]. 曹传胜.华中科技大学 2014
[3]考虑热对流的颗粒沉降的直接数值模拟[D]. 安康.中北大学 2008
本文编号：3389344
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
M个边界节点组成的边界，实线为边界实时位置，虚线为边界参考位置
图 2-3 二维内插尖锐界面格式示意图2.3.2 颗粒碰撞处理当颗粒相互靠近时，颗粒间的距离小到不足以正确处理颗粒-流体间的相互作用。针对此问题，通常的办法是把颗粒附近的流体网格加密。为了减少整体的流体网格数量，可以采用自适应网格，即实时加密颗粒附近的网格。但自适应网格只适合模拟含少量颗粒的系统，对于模拟大量颗粒的运动，仍面临计算量太大的问题。Aharonov等人[87]提出了润滑理论，即当两颗粒间的距离小于一个阀值时，不考虑颗粒间的流场对颗粒的水动力作用，只对两颗粒施加一个润滑力。值得注意的是，本文讨论的润滑力模型是基于刚性碰撞的假设。Glowinski 等人[88, 89]为处理颗粒-颗粒间的碰撞，提出当两颗粒表面的间距小于一个给定的阀值时，给两颗粒施加一个排斥力：20 | || | ( )| |i j i jij ij i j i j i ji j i jx x R RF c x x R R x xx x R R (2.30)
证本模型以及相应的程序代码的正确性两等温颗粒的沉降。颗粒沉降的格子 Boltzmann 模拟用下的沉降行为能反映颗粒与流场间流下颗粒沉降模型的算例。本节研究单00,2000,2500）下在竖直槽道的沉降行减少上下边界对结果的影响。颗粒密度重力加速度常数 g=-981cm/s2。颗粒的温度固定为 1，流体的初始温度也设为m。本节定义一个参考速度 ( ref U d /d ，其中 ν 是流体运动粘性系数[91]。壁边界。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑热对流的椭圆颗粒沉降规律的研究[J]. 胡俊杰,郭照立. 工程热物理学报. 2017(05)
[2]热对流条件下颗粒沉降的格子Boltzmann方法模拟[J]. 毛威,郭照立,王亮. 物理学报. 2013(08)
[3]热对流条件下双颗粒沉降的直接数值模拟[J]. 刘汉涛,常建忠,安康,苏铁熊. 物理学报. 2010(03)
博士论文
[1]基于格子Boltzmann方法的孔隙介质中液滴动力学行为研究[D]. 李秋香.华中科技大学 2014
[2]介观尺度两相流动的数值方法与机理研究[D]. 刘汉涛.中北大学 2012
硕士论文
[1]三维颗粒（群）沉降的格子Boltzmann全解析数值模拟[D]. 查露.华中科技大学 2015
[2]悬浮颗粒运动的格子Boltzmann全解析模拟[D]. 曹传胜.华中科技大学 2014
[3]考虑热对流的颗粒沉降的直接数值模拟[D]. 安康.中北大学 2008
本文编号：3389344
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