多相流全尺度直接數(shù)值模擬方法及應(yīng)用.pdf

1、過去三十年的氣固多相流研究中，基于拉格朗日計算顆粒運動的點源方法盡管已經(jīng)取得了許多研究成果，在一定程度上揭示了顆粒與流體之間相互作用的規(guī)律。但是由于模型自身的缺陷，顆粒與流體之間的一些相互作用仍然無法在模型中體現(xiàn)，從而無法正確的計算顆粒的運動、顆粒與流體之間的相互作用，許多顆粒尺度上的微觀現(xiàn)象難以正確的呈現(xiàn)。因此，發(fā)展研究在顆粒尺度上的計算方法，即多相流的全尺度計算方法，十分重要。
　　 本文在顆粒全尺度計算的內(nèi)嵌邊界方法基礎(chǔ)上

2、提出了內(nèi)嵌邊界多重直接力算法，并結(jié)合不同的計算方式提出了新的在笛卡爾均勻坐標系下的基于壓力-速度方程的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法和基于渦量-速度方程的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法。通過對一系列靜止內(nèi)嵌邊界的算例的計算以及比較分析，驗證了本論文提出的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法具有空間二階精度的收斂性。同時在多重直接力的作用下，顆粒表面內(nèi)嵌邊界上的速度無滑移邊界條件能夠很好的得到滿足。結(jié)合運動顆粒的特性，本文把內(nèi)嵌邊界多重直接力算法應(yīng)用于計算研究運動邊界

3、的問題。通過對二維空間以及三維空間中單個顆粒以及顆粒群運動的計算比較分析，驗證了本論文提出的多重直接力算法的有效性。一些在顆粒尺度上的微觀現(xiàn)象得以捕捉和再現(xiàn)。本論文在內(nèi)嵌邊界多重直接力算法計算顆粒與流體之間動量耦合的基礎(chǔ)上提出了內(nèi)嵌邊界多重直接熱源方法來計算顆粒與流體之間的能量耦合。論文中通過一系列算例的計算分析驗證了內(nèi)嵌邊界多重直接熱源方法的精度和有效性。由于在三維空間中計算多個顆粒運動十分耗時，因此為了提高計算速度，本文提出了結(jié)合內(nèi)

4、嵌邊界多重直接力算法的并行計算方法。該方法能夠有效的提高計算速度。至此，本文提出的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法和多重直接熱源算法能夠全尺度的研究顆粒(群)與流體之間的相互作用過程。內(nèi)嵌邊界多重直接力算法不僅僅可以運用與計算研究顆粒與流體之間的相互作用，還能用于研究一系列基礎(chǔ)問題。本文中采用內(nèi)嵌邊界多重直接力算法研究了展向脈動來流對顆粒阻力的影響。另外，本論文還首次全流場域內(nèi)直接數(shù)值模擬求解計算研究了不同尺度的煤粉顆粒與槽道中順列管束之間的磨損