颗粒沉降及在剪切流中运动的模拟研究

发布时间：2023-02-20 21:13

　　颗粒的沉降运动以及悬浮颗粒在剪切流中的运动广泛存在于工业生产、环境保护等方面,相关的问题研究一直是流体领域的经典问题。本文采用基于格子Boltzmann方法颗粒沉降及剪切流中的运动进行直接数值模拟,主要的研究工作及结果如下:(1)对雷诺数范围为50?Re?200的双颗粒自由沉降进行了直接数值模拟。研究发现双颗粒最终沉降的位置分别在通道的1/4和3/4位置附近,且与颗粒的初始间距,雷诺数以及通道宽度无关。颗粒沉降过程中所受的侧向力(与沉降方向垂直)。结果表明侧向力的振动频率与雷诺数呈二次关系,且单颗粒的结果始终小于双颗粒的结果;研究还发现侧向力的振动频率与通道宽度近似呈幂律函数关系,且幂律指数与雷诺数有关,雷诺数越大,幂律指数的绝对值越小。(2)对三个颗粒的沉降进行了直接数值模拟。分别研究了壁面和雷诺数对颗粒沉降的影响。结果表明,低雷诺数下左侧颗粒最终的沉降位置在通道的0.175附近且与初始位置无关,而且两侧颗粒会稍微领先于中间颗粒。而在高雷诺数下,中间颗粒的却会领先于两侧颗粒,当雷诺数小于110时,三个颗粒的沉降速度接近。(3)对雷诺数范围为0?Re?170的椭圆颗粒在剪切流中的运动进...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 颗粒沉降及剪切流中运动的研究现状与发展趋势
        1.2.1 颗粒沉降运动
        1.2.2 颗粒在剪切流中的运动
    1.3 课题的研究内容及创新点
    1.4 本章小结
2 数值方法
    2.1 虚拟区域方法
    2.2 动量交换方法
    2.3 边界条件
    2.4 数值方法的验证
        2.4.1 虚拟区域方法的验证
        2.4.2 动量交换法的验证
    2.5 格子BOLTZMANN方法在其他领域的应用
        2.5.1 松弛因子的设计
        2.5.2 实验分析
    2.6 本章小结
3 双颗粒沉降特性的研究
    3.1 双颗粒沉降的轨迹
    3.2 双颗粒沉降的动力学分析
    3.3 本章小结
4 三颗粒的沉降特性的研究
    4.1 壁面的影响
    4.2 雷诺数的影响
    4.3 本章小结
5 椭圆颗粒在剪切流中运动特性的研究
    5.1 雷诺数的影响
    5.2 颗粒的长短轴之比的影响
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简历



本文编号：3747326