【摘要】：顆粒懸浮流動廣泛存在于工農(nóng)業(yè)和自然界中。深入認(rèn)識顆粒懸浮流動規(guī)律,可以為相關(guān)的工程技術(shù)提供理論指導(dǎo)。目前針對常規(guī)顆粒懸浮流的直接數(shù)值模擬工作已有很多,并取得了豐碩的成果,但對于顆粒形狀復(fù)雜、非牛頓流體和多分散體系等復(fù)雜顆粒懸浮流的直接數(shù)值模擬工作還相對缺乏。本論文主要采使用虛擬區(qū)域方法研究這類非常規(guī)顆粒懸浮流動問題的流動機(jī)理。論文的主要工作如下:實現(xiàn)了分別針對賓漢流體和雙分散體系顆粒懸浮流動的并行虛擬區(qū)域方法程序。針對水平槽道顆粒懸浮流問題,研究了中性懸浮非球形顆粒形狀對湍槽流阻力的影響。結(jié)果表明,當(dāng)長橢球越長或者扁橢球越扁時,流動的阻力越小。減阻原因是橢球形顆粒近壁面附近顆粒濃度較小且其雷諾應(yīng)力項較小。非球形顆粒在近壁面區(qū)域傾向于順著流動方向且有一正的小傾角。針對豎直槽道顆粒懸浮流問題,研究了兩種弱沉降效應(yīng)下非球形顆粒對湍流調(diào)制的影響。在所研究的參數(shù)范圍內(nèi),薩夫曼升力使得顆粒向槽道中央?yún)^(qū)域聚集,其中球形顆粒最為明顯。在較高沉降效應(yīng)時,球形顆粒情形的壁面摩擦阻力最小,其原因是該情形下大尺度渦受到最強(qiáng)的抑制。非球形顆粒在近壁面的取向規(guī)律和中性懸浮情形相似,但在中央?yún)^(qū)域傾向于將長軸垂直于流向方向。針對豎直槽道中賓漢流體的懸浮流動問題,研究了三個賓漢數(shù)情形下顆粒湍槽流的相互作用。結(jié)果表明,賓漢流體的屈服應(yīng)力能削弱湍流強(qiáng)度起到減阻作用,而顆粒的加入則增強(qiáng)壁面摩擦阻力。在較強(qiáng)塑性的流體中,觀察到湍流轉(zhuǎn)捩中時間和空間的強(qiáng)間歇性,顆粒的加入能明顯地減弱這種間歇性并使流場湍流化。針對水平槽道雙分散體系顆粒懸浮流問題,研究了顆粒尺寸和顆粒形狀對懸浮流的影響。在雙分散體系情況下,單一顆粒相在槽道中的濃度、脈動速度和取向分布等統(tǒng)計量和其對應(yīng)單分散體系下的顆粒相統(tǒng)計量相似。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5
【圖文】：

人體內(nèi)的血液約占成人體重的８％，在血管內(nèi)循環(huán)流動供養(yǎng)全身。血管中血液中包含了逡逑各種各樣的血細(xì)胞，如紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等，不同的血細(xì)胞差異明顯，正常的紅細(xì)胞逡逑是兩面中央凹的圓餅狀，白細(xì)胞是大個的球形，血小板則體積很小，形狀不規(guī)則，如圖１－２所逡逑示。研究血液相關(guān)的知識，對血液相關(guān)疾病的基礎(chǔ)理論與臨床實踐具有指導(dǎo)作用。逡逑Ｔｈｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｂｌｏｏｄ逡逑ｐ｜ａｓｍａ邐Ｐｌａｔｅｌｅｔｓ邐Ｒｅｄ邋ｂｌｏｏｄ邋ｃｅｌｌｓ逡逑（ａｂｏｕｔ邋５５％）邐（０，０１＞邐（ａｂｏｕｔ邋４１％）逡逑Ｗｈｉｔｅ邋ｂｌｏｏｄ逡逑ｃｅｌｌｓ邋（ａｂｏｕｔ邋４％）：邋Ｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅ邋Ｂａｓｏｐｈｉｌ邋Ｅｏｓｉｎｏｐｈｉｌ邋Ｍｏｎｏｃｙｔｅ邋Ｎｅｕｔｒｏｐｈｉｌ逡逑圖１－１血液中血漿和血細(xì)胞的混合流動示意圖（圖片來源Ｄｃｓｋｎ丨丨ｉｌ／Ｓｈｕｔｔｅｒｓｔｏｃｋ）。逡逑１逡逑

邐ＦＨａｒＴ邐ＡＳｓｈ；ｓｔＴｍ邐３，邋Ｆ邐＾邐３９ｅｎｔ逡逑圖１－２邋（ａ）鼓泡流化床示意圖；（ｂ）循環(huán)燃燒流化床示意圖（圖片來源Ｇｃｍｅｚ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１０）。逡逑在工業(yè)生產(chǎn)中，流化床技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、能源、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域逡逑？邐’的氣相和固相加工過程。在中國，煤炭仍然是電力工業(yè)主要能源，先進(jìn)的流化床技術(shù)是利逡逑用此類燃料的最佳選擇。循環(huán)流化床作為一種新型的清潔煤燃燒技術(shù)，具有對燃料要求比逡逑＾交寬松和氮氧化物排放量低的優(yōu)點(diǎn)，其可分為鼓泡流化床和循環(huán)流化床，如圖１－２［１］所示。逡逑．邐對流化床的實驗和數(shù)值模擬研究［２＜，為工程建立準(zhǔn)確的預(yù)測模型和流化床設(shè)計提供理論逡逑圖１－３海上鉆井平臺Ｔｐ：意圖。逡逑２逡逑

Ｌａｓｅｒ－Ｄｏｐｐｅｒ邋Ａｎｅｍｏｎｅｔｅｒ邋（簡稱ＬＤＡ，激光多普勒測速技術(shù)）系統(tǒng)和Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｉｍａｇｅ逡逑Ｖｅｌｏｃｕｎｅｔｉｙ邋（簡稱ＰＩＶ，粒子圖像測速技術(shù)）系統(tǒng)由于其非接觸測量和高精確度的優(yōu)點(diǎn)，被逡逑廣泛應(yīng)用于顆粒懸浮流實驗研究領(lǐng)域，其實驗結(jié)構(gòu)示意圖如圖１－４１８］。逡逑Ｂａｌａｃｈａｎｄａｒ＆邋Ｅａｔｏｎ邋（２０１０）［９］總結(jié)了邋ＬＤＡ和ＰＩＶ技術(shù)在顆粒兩相流中的應(yīng)用。其中逡逑ＬＤＡ系統(tǒng)通過測量顆粒相（大示蹤粒子）和流體相（小示蹤粒子）的多普勒信號，由于前者逡逑的多普勒信號要比后者強(qiáng)很多，使得系統(tǒng)可以很好地區(qū)分兩相。這在氣相湍流中得到了廣逡逑泛的應(yīng)用。Ｔｓｕｊｉｅｔａｌ．邋（１９８４）【１３］實驗觀察得到豎直管道內(nèi)氣固兩相流，認(rèn)為大顆粒增逡逑強(qiáng)湍流強(qiáng)度而小顆粒削弱湍流強(qiáng)度，原因是大顆粒不能很好地跟隨流體，從而改變了流體逡逑的動量。ＰＩＶ系統(tǒng)突破了邋ＬＤＡ空間單點(diǎn)測量的局限性，它實現(xiàn)了在同一成像區(qū)域（一個平逡逑面或者一個小三維空間）內(nèi)同時測量兩相的速度，適用范圍更為廣泛。逡逑＜．Ｋ＼邋１＊１、邐ｆ逡逑ｖ＇＋ｉ邋ｒ＋（＜邐一Ｗ邋ＩＳ：９＇邋．邋NBｒ”邐ｌ？＾ｊ逡逑ｉ邐ｖ＼邐？逡逑Ｉ邐＊邐：．邐…，逡逑＜邋＊？

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