非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格上的稠密顆粒兩相流數(shù)值模擬.pdf

1、稠密顆粒兩相流是由大量離散固體顆粒組成的復(fù)雜體系，在工業(yè)生產(chǎn)中尤其是化工及能源動(dòng)力等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。稠密顆粒物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)存在多種強(qiáng)烈的相互作用，包括顆粒-顆粒/壁面間碰撞接觸力和顆粒-流體間耦合作用等，其行為表現(xiàn)多樣，物理機(jī)理復(fù)雜，數(shù)值求解困難，是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)稠密顆粒物質(zhì)系統(tǒng)行為的研究具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)和工程指導(dǎo)意義。
　　 本文依據(jù)系統(tǒng)尺度和“相”描述方式的不同，對(duì)目前顆粒兩相流領(lǐng)域內(nèi)的計(jì)算模型作了系統(tǒng)的歸類(lèi)，

2、對(duì)目前顆粒接觸力學(xué)模型作了比較全面的總結(jié)，此外，還回顧了以往稠密顆粒兩相流的應(yīng)用研究工作，從流態(tài)化、氣力輸送和工業(yè)過(guò)程這三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)要總結(jié)了人們的發(fā)現(xiàn)和所取得的成果。
　　 本文在軟件FLUENT提供的二次開(kāi)發(fā)框架內(nèi)，利用用戶自定義函數(shù)接口，發(fā)展了一套適應(yīng)復(fù)雜計(jì)算區(qū)域的軟球離散顆粒模型非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格算法。該算法采用Model A描述連續(xù)相運(yùn)動(dòng)方程，基于Hertz和Mindlin-Deresiewicz(MD)簡(jiǎn)化理論的非線性離散

3、元方法(discrete element method，DEM)進(jìn)行顆粒間碰撞事件處理和接觸力學(xué)計(jì)算，基于顆粒與網(wǎng)格單元幾何位置關(guān)系精確計(jì)算兩相體積分?jǐn)?shù)，使用最小二乘法構(gòu)建標(biāo)量重構(gòu)梯度來(lái)實(shí)施Euler網(wǎng)格與Lagrange顆粒中心點(diǎn)間的物理量映射，依據(jù)用戶意愿方便選擇連續(xù)相控制方程離散格式及壓力-速度耦合方式，調(diào)用內(nèi)置代數(shù)多重網(wǎng)格求解器迭代求解離散后線性方程組。在程序的實(shí)現(xiàn)上，采用鏈表型式的顆粒信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便于物理量的映射和執(zhí)行效率的

4、提高。
　　 本文通過(guò)對(duì)比文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、計(jì)算結(jié)果來(lái)驗(yàn)證非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格上的DEM-CFD耦合算法的合理性和正確性，并將該算法應(yīng)用于顆粒躍移軌跡和常規(guī)流化床鼓泡、噴射等物理現(xiàn)象的模擬計(jì)算中。論文從微觀的角度重點(diǎn)剖析了稠密顆粒物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)氣固兩相的精細(xì)行為和顆粒間力學(xué)結(jié)構(gòu)，探討了脈沖鼓泡現(xiàn)象的形成機(jī)理，捕捉到顆粒起動(dòng)瞬間力鏈斷裂“解鎖”現(xiàn)象和系統(tǒng)壓降脈沖現(xiàn)象，觀察到鼓泡床穩(wěn)定階段氣穴的S型上升路徑，發(fā)現(xiàn)床內(nèi)氣體的流動(dòng)是一個(gè)由雙主渦到多渦共