基于并行虚拟区域方法的颗粒悬浮流直接数值模拟研究

发布时间：2017-12-07 18:11

  本文关键词：基于并行虚拟区域方法的颗粒悬浮流直接数值模拟研究

  更多相关文章： 颗粒悬浮流 直接数值模拟 虚拟区域法 并行 湍槽流 方管湍流

【摘要】：颗粒悬浮流动广泛存在于自然界和工农业生产当中,深入研究其流动机理,一方面可以帮助人们增进对自然界的认识,同时也可以为相关工农业生产提供理论指导。对于颗粒悬浮流动的研究,一直是流体力学中的一个研究热点,但是由于两相流动的复杂性,至今对其中颗粒和湍流的相互作用规律知之甚少。近年来发展起来的直接数值模拟方法原理上能够精确计算所有颗粒上的流体作用力,是研究颗粒和湍流相互作用机理的有力工具,也得到越来越多的研究者的关注。但是直接数值模拟的计算量非常大,传统的串行计算已经很难满足其需求。本论文研究目的是实现直接数值模拟方法之一的虚拟区域法的并行计算,并采用该并行方法揭示槽流和方管流中颗粒和湍流的部分相互作用机理。对于虚拟区域方法的并行实现,本文基于固定的均匀网格,采用区域分解作为并行策略。分解后的流动子问题采用多重网格法迭代求解,颗粒子问题通过引入链表数据结构实现颗粒信息的数据交换,验证算例表明新的并行虚拟区域方法具有很高的并行效率。对于槽道中的颗粒悬浮流动问题,本文首先研究了有限体积球形颗粒的惯性(密度)对湍流调制的影响。结果表明,在本文所研究的参数范围(p=1-1042)之内,随着颗粒密度的增加,流动的阻力先增加后减少。在大密度的条件下,流动的发展阶段可以观察到明显的减阻现象。同时,大密度的颗粒明显削弱了槽道中间区域的湍流强度以及大尺度的发夹涡。其次,本文研究了不同长宽比的椭球形颗粒对湍槽流的影响。结果表明,在本文所研究的参数范围之内,椭球形颗粒对湍流的影响与同体积的球形颗粒基本一致。尽管结果没有显示椭球形颗粒的减阻效应,但是流动阻力随颗粒长宽比增加而减少。对于方管中的颗粒悬浮流动问题,本文首先研究了不同体积分数下中性悬浮颗粒对方管湍流的影响。结果表明,随着颗粒体积分数的增加,方管的平均二次流得到增强,且其中心位置向方管横截面中心靠近。通过对平均涡量方程的分析表明,颗粒增强了壁面附近的雷诺法向应力差,从而导致了平均二次流的增强。同时,颗粒减少了流体的流量以及湍动能。另外,在方管角落区域,可以观察到颗粒聚集的现象。这一现象可能与颗粒湍泳(turbophoresis)以及平均二次流相关。其次,本文还研究了颗粒沉降情况下方管湍流的变化。结果表明,在颗粒沉降方向上,平均二次流的对称性消失,最底层的涡由于受颗粒沉积层阻碍而削弱,之上第二和第四个涡得到增强并相连合并,导致形成沿方管截面中心线而下,沿两侧壁面而上的更大尺度环流。该环流较强影响了流向平均速度的分布,导致最大速度出现在下半管道。最后,颗粒沉积聚集在方管底部中间区域以及两边的角落。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O35

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗坤;樊建人;岑可法;;旋流喷雾燃烧的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2010年12期

2 李新亮,傅德薰,马延文;可压缩均匀各向同性湍流的直接数值模拟[J];中国科学(A辑);2002年08期

3 陈斌,T.Kawamura,Y.Kodama;静止水中单个上升气泡的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2005年06期

4 陈斌;;高粘度流体中上升气泡的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2006年02期

5 邱剑;顾兆林;;利用高阶分区并行算法实现直接数值模拟[J];计算力学学报;2008年01期

6 刘亚明;易超;柳朝晖;郑楚光;;惯性颗粒所见被动标量统计特性的直接数值模拟研究[J];工程热物理学报;2011年03期

7 李德波;樊建人;易富兴;卢树强;岑可法;;可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究[J];工程热物理学报;2011年08期

8 周晓兰;刘财喜;董宇红;;平板电解槽内电解质湍流运动和传质的直接数值模拟(英文)[J];计算物理;2013年01期

9 胡晶晶;韦安阳;罗坤;樊建人;;煤灰对圆管磨损及传热耦合的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2013年04期

10 王为国,庄逢甘,忻鼎定;平行涡管三维合并的直接数值模拟[J];力学学报;1998年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邵雪明;林建忠;余钊圣;;鱼类波动推进的直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

2 邵雪明;余钊圣;;带热传递粒子流的直接数值模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

3 陈晖;李胜才;左志刚;;空泡群动态响应的直接数值模拟与分析[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年

4 熊勤钢;李博;葛蔚;李静海;;气固悬浮系统的直接数值模拟和计算规模对体系统计特性的影响[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（下）[C];2008年

5 李新亮;傅德薰;马延文;;可压缩衰减湍流的直接数值模拟[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年

6 于明州;;纳米颗粒凝并过程两相湍流矩方法直接数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

7 吴丹;栗晶;柳朝晖;郑楚光;;三维圆湍对撞流直接数值模拟[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

8 于明州;;均匀各向同性纳米颗粒两相湍流矩方法直接数值模拟[A];多相流与非牛顿流暨第八届全国多相流与非牛顿流学术研讨会论文集[C];2012年

9 由长福;仇轶;祁海鹰;徐旭常;;多颗粒系统的无网格法直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

10 王丽丽;杨玟;张树道;昝文涛;;RM混合的数值模拟和工程模型研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 林昭武;基于并行虚拟区域方法的颗粒悬浮流直接数值模拟研究[D];浙江大学;2016年

2 刘恺;亚颗粒尺度多相燃烧直接数值模拟[D];清华大学;2014年

3 李德波;气固两相剪切流动大规模并行直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年

4 吕红;方形颗粒两相流的直接数值模拟[D];重庆大学;2011年

5 李文春;三维气固两相圆柱绕流的直接数值模拟[D];浙江大学;2005年

6 施杨;基于FD/SI方法的颗粒悬浮流直接数值模拟研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 倪泽联;基于FTM的两相流中相界面跟踪直接数值模拟[D];南昌大学;2015年

2 叶昭良;基于半隐格式均质湍流的直接数值模拟[D];华北电力大学;2015年

3 罗勇;旋涡主导流动的直接数值模拟及其噪声产生机理分析[D];中国空气动力研究与发展中心;2015年

4 蒋丽娟;弹性圆柱在轴向来流中涡激振荡的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2015年

5 刘兰;蒸汽泡溃灭的数值模拟及空化模型的改进[D];浙江大学;2015年

6 王宇;颗粒悬浮湍槽流的双重直接数值模拟研究[D];浙江大学;2012年

7 吴腾虎;管道内颗粒悬浮流中大颗粒和湍流相互作用的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年

8 刘亚明;均匀各向同性湍流内被动标量动力学特性的直接数值模拟研究[D];华中科技大学;2005年

9 何云;太阳能烟囱温度场和速度场的标度分析与直接数值模拟研究[D];云南师范大学;2007年

10 张征宇;FENE链运动的直接数值模拟[D];浙江大学;2005年

，

本文编号：1263283