槽道和圓管中柱狀粒子兩相流的研究.pdf

1、本文主要從以下三個方面進(jìn)行了研究工作。
　　 將格子Boltzmann方法擴(kuò)展應(yīng)用到濃相粒子懸浮流中.格子Boltzmann方法( LBM)是一種新而有效的計算方法，可以用在流體力學(xué)的多個領(lǐng)域。LBM應(yīng)用于粒子懸浮流時組合了粒子的牛頓力學(xué)和流體的離散Boltzmann模型。本文采用的模型綜合了Aidun和Ding的思想，并加以推廣應(yīng)用到柱狀粒子兩相流中，同時對于濃相懸浮液，并入了“虛擬格點”和“潤滑力”，還考慮了粒子，粒子與粒子

2、-壁面間的碰撞，給出了二維和三維彈性碰撞模型，使得LBM能夠模擬接近接觸和相互接觸的粒子相互作用。本文用三維15位格子Boltzmann模型研究了三維管道高濃度粒子流中圓柱體和長方體粒子的角速度和取向分布問題，其中粒子的尺寸和管道的尺寸屬于同一數(shù)量級。
　　 研究了非線性物理效應(yīng)對簡單剪切流場中自由懸浮的單個粒子旋轉(zhuǎn)運動的影響。Jeffery的研究表明，懸浮在無界低雷諾數(shù)簡單剪切流中的單個粒子將沿著周期性軌道運動，并且運動軌道和

3、運動頻率依賴于粒子的長徑比和初始取向。然而，Jeffery模型沒有考慮非線性物理效應(yīng)（如壁面效應(yīng)和慣性效應(yīng)等）的影響，這些效應(yīng)將擾動Jeffery軌道，而且這些擾動效應(yīng)很難用理論的方法來分析。本文通過數(shù)值模擬的方法研究了簡單剪切流場中壁面和流體慣性對單個粒子旋轉(zhuǎn)運動的影響，擴(kuò)充了Jeffery的結(jié)果。其中壁面效應(yīng)用無量綱化壁面間距表示（定義為壁面間距與粒子長度的比值），流體慣性用基于粒子長度的剪切雷諾數(shù)來表示。
　　 研究了復(fù)雜

4、槽道內(nèi)粒子的取向演化。在許多物理和工業(yè)過程中，比如擠壓模塑、噴射模塑和壓縮模塑中，短粒子在復(fù)雜槽道內(nèi)的取向分布是一個重要的問題。本文研究了突然擴(kuò)張狹縫槽道中和內(nèi)含一圓柱的狹縫槽道中粒子的取向分布，懸浮液的濃度涵蓋了稀相和濃相。在狹縫槽道中，粒子的尺度和槽道的尺度屬于同一量級，所以粒子之間以及粒子和壁面、障礙物之間的相互作用會對流動特性和粒子取向產(chǎn)生重大的影響。本文的計算模型全面考慮了這些相互作用。本文選擇的復(fù)雜槽道提供了同時研究粒子在簡