非球形粒子沉降特性的研究.pdf

1、洳專：j碩士學位論文浙Ⅱ大學碩士學位論文非球形粒子沉降特性的研究摘要粒子懸浮流在自然界和各種工業(yè)應用中普遍存在，例如江河、水庫中泥沙的沉積和輸運，破壞力巨大的沙塵暴以及流化床內(nèi)的氣固流動，管道內(nèi)的氣力輸送和鍋爐燃燒室里的煤灰和空氣的混合燃燒等。粒子沉降是懸浮流的一種，粒子沉降特性的研究工作早在20世紀60年代就開始興起，直到現(xiàn)在已經(jīng)在這一領域的某些方面取得了一系列成果。而直接數(shù)值模擬方法，可以經(jīng)濟、直接、準確的給出粒子沉降的規(guī)律，是研究

2、的一種重要手段。基于分布式拉格朗日乘予的虛擬區(qū)域方法(DLM／FD)是近年來出現(xiàn)的直接數(shù)值模擬粒子流的新方法之一。其基本思想是；通過假設流體也充滿粒子占據(jù)的空間，這樣把一個幾何復雜區(qū)域內(nèi)的問題擴展到一個相對大的，但幾何簡單的區(qū)域中，控制流體流動的NS方程和控制粒子運動的剛體運動方程通過無滑移邊界條件和作用在粒子上的力和力矩耦合在一起進行求解，而剛體運動的限制則通過一個拉格朗日乘子來施加。這樣在計算時不但作用在粒子上的力和力矩不需要再顯式

3、計算，同時也可以應用固定的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和快速求解算法，避免了計算過程中重新更新和劃分網(wǎng)格的需要本文在簡單介紹基于分布式拉格朗日乘子的虛擬區(qū)域方法的基礎上，并應用這一方法對單個的二維啞鈴形粒子和三維的橢球粒子進行了數(shù)值模擬。研究啞鈴形粒子在不同雷諾數(shù)和不同初始狀態(tài)以及不同初始釋放位置下的沉降性質(zhì)，并將模擬結(jié)果和實驗結(jié)果進行了對比。檢驗了數(shù)值方法的合理性；然后，又用該方法模擬了橢球粒子的沉降運動，分析了不同霄諾數(shù)下相同長短軸比的橢球粒子的沉降