基于格子Boltzmann方法的固—液搅拌槽直接数值模拟研究

发布时间：2023-04-27 01:02

　　搅拌槽作为常见的单元操作设备在工业上有广泛的运用,其中固-液体系搅拌槽常用于化工、冶金、矿业、医药、环保等领域。固-液搅拌槽中颗粒动力学的研究对搅拌槽的设计、放大以及操作优化至关重要。该领域的研究主要针对固液混合特性和颗粒动力学两个方面的关键问题。其中,固液混合特性主要关注颗粒在搅拌槽中的运动规律,包括重质颗粒的悬浮、轻质颗粒的下拉,以及颗粒在搅拌槽中的聚集现象等。这一问题的研究与搅拌槽在工业上的应用密切相关。颗粒动力学则着眼于颗粒在搅拌槽中的受力情况,搅拌槽中颗粒动力学描述准确与否将直接影响搅拌槽数值模拟结果的正确性。本文将针对上述两个问题,重点研究颗粒聚集现象和搅拌槽中的颗粒动力学。目前二者面临的共同难点在于,实验和传统模拟方法在处理两个问题时均存在较大的局限。对于颗粒聚集现象,传统的E-E和E-L模拟方法无法处理体系中的有限体积颗粒,实验则受限于实验材料无法对各个变量的影响进行系统的考察。至于颗粒动力学的研究,实验和传统的模拟方法均无法测量或计算得到搅拌槽中颗粒的真实受力,也无从对其进行分析。因此,由于缺少合适的研究方法,对这两个问题的认识还十分有限。近年来,基于格子Boltzm...

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第1章 引言
    1.1 固-液搅拌槽简述
    1.2 固体混合特性
        1.2.1 颗粒悬浮
        1.2.2 漂浮颗粒
        1.2.3 搅拌槽中的颗粒聚集
    1.3 固-液搅拌槽研究方法
        1.3.1 实验研究方法及其进展
        1.3.2 数值模拟方法及其进展
    1.4 颗粒动力学
        1.4.1 曳力
        1.4.2 其他相间作用力
        1.4.3 搅拌槽中的相间作用力
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 LBM及其应用
    2.1 引言
    2.2 LBM简介
    2.3 壁面性质对微通道中流体流动的影响
    2.4 壁面性质的构建
    2.5 边界条件
    2.6 模拟结果与讨论
        2.6.1 程序验证
        2.6.2 壁面作用力与滑移长度的关系
        2.6.3 缩口微通道的模拟
        2.6.4 组合壁面性质微通道
    2.7 本章小结
第3章 基于LBM的搅拌槽中颗粒聚集现象的研究
    3.1 引言
    3.2 数值方法
        3.2.1 固-液界面模拟方法
        3.2.2 搅拌槽边界条件
        3.2.3 颗粒运动更新方法
        3.2.4 硬球模型
    3.3 数值模拟求解策略及流程
    3.4 模拟验证
    3.5 搅拌槽几何尺寸及工况设置
    3.6 结果与讨论
        3.6.1 颗粒初始位置对颗粒聚集的影响
        3.6.2 颗粒性质的影响
        3.6.3 搅拌槽Reynolds数的影响
    3.7 本章小结
第4章 搅拌槽中颗粒动力学研究
    4.1 引言
    4.2 模拟参数
    4.3 搅拌槽中相间作用力分析方法
    4.4 力与随体导数
    4.5 压力梯度力
    4.6 曳力
        4.6.1 曳力的计算方法和影响因素
        4.6.2 新曳力模型
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3802547