水流中泥沙污染物的沉降,大氣中粉塵、煙霧的運動等都伴隨著顆粒沉降等復雜的動力學問題,研究顆粒沉降的機理對河道的清潔,粉塵顆粒污染物的收集、大氣污染物的治理等具有重要的意義。目前針對顆粒沉降的研究主要采用數(shù)值模擬的方法,而實驗方法研究顆粒沉降是比較直觀、準確的研究手段。隨著粒子圖像測速技術(Particle Imagine Velocimetry,PIV)的不斷完善,為觀察流體中顆粒物的運動提供了一個更加精確的研究方法,該方法克服了單點測試的局限性,不僅可以測量平面二維流場,而且還是一種無擾動的測量方法。本論文采用PIV實驗方法來研究顆粒沉降過程中顆粒的運動規(guī)律和顆粒運動對周圍流體擾動引起的流場特性,并且采用改進的光滑粒子動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)數(shù)值模擬方法來模擬顆粒沉降的過程,將實驗與模擬的結果進行了對比。論文的主要工作如下:(1)對粒子圖像測速技術(PIV)及相關實驗儀器進行了設計和組裝,首先進行了驗證性實驗,與學者們的研究結果進行對比,驗證了本文實驗設置的準確性與可靠性。對在重力作用下單個顆粒在通道中的沉降過程進行實驗。實驗中設置了三種顆粒釋放位置,研究在同一雷諾數(shù)(Re)下,不同的釋放位置對顆粒沉降流場特性的影響;通過改變流體介質的密度和粘性,設置三組不同的Re,研究相同位置不同的Re情況下顆粒沉降的過程。通過實驗得出了顆粒的位置、密度和粘度等對顆粒沉降的軌跡、速度場及偏移位移的影響。(2)增加沉降顆粒的數(shù)目,對雙顆粒的沉降過程進行實驗。實驗設置三種不同的沉降位置,即兩顆粒在等高不對稱位置、等高對稱位置和不等高對稱三個位置釋放。研究兩個顆粒沉降過程的流場特性,并將實驗的結果與單個顆粒沉降時的軌跡進行對比,得出顆粒在沉降的過程中除壁面效應對顆粒沉降的影響外,顆粒與顆粒之間的相互作用對顆粒沉降軌跡的影響也比較大。在實驗過程中出現(xiàn)了雙顆粒沉降中經(jīng)典的DKT現(xiàn)象,即拖拽(drafing)、接觸(kissing)與翻轉(tumbling)現(xiàn)象。(3)采用相似理論和改進的SPH數(shù)值模擬方法對設置的實驗情況進行模擬。改進的SPH方法采用了一種新的液固耦合模型,消除了粒子屬性差異引起的數(shù)值震蕩,采用了改進的耦合動力邊界處理方法,提高了邊界粒子插值精度。對單顆粒在不同位置與不同Re下的情況與雙顆粒三種不同位置的沉降過程進行模擬,得到顆粒沉降的速度云圖與速度矢量圖等,將得到的顆粒沉降的模擬結果與實驗結果進行對比,結果基本吻合。
【學位單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O359
【部分圖文】：

2.4 高分辨率（a）和低分辨率（b）下測量位置側面照射進入，光束被沉降粒子阻擋，在球體示。球體粒子的位置是通過球體粒子的最上方 濾波器，減小球體的模糊運動，設立一個合適 方向的位置可以以像素的精度確定（圖 2.6（d部和后面的向量從圖片中移除。如圖 2.5（b）

圖 2.4 高分辨率（a）和低分辨率（b）下測量位置4 圖像處理方法因為激光束從容器側面照射進入，光束被沉降粒子阻擋，在球體的后面沒有流速量如圖 2.5（a）所示。球體粒子的位置是通過球體粒子的最上方確定的，通過使保護的 Kuwahara 濾波器，減小球體的模糊運動，設立一個合適的閾值，經(jīng)過濾后，球體粒子在 y 方向的位置可以以像素的精度確定（圖 2.6（d））。確定了粒子之后，球體粒子內(nèi)部和后面的向量從圖片中移除。如圖 2.5（b）（c）所示

圖 2.6 PIV 記錄 Re=15 (b)經(jīng)過 Kuwahara-濾波后的部分記錄(c)設置閥值后的結果 (d)粒子后部放大圖對于大于 0.5 像素的位移，精度約為 0.1 像素，導致最高速度的相對 0.5 像素的粒子位移的相對誤差約為 17%。移去球體粒子內(nèi)部和后片大約有 10 個向量是非真的。這約占向量總數(shù)的 1%，與紊流流場的是比較低的。由于流體在球體的中心平面上是層流的，實際上是二維致平面外的運動，因此，平面外矢量影響較小。差分析及可行性分析分析誤差分析分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差，通過以上關于 PIV 實驗原理及方，PIV 實驗過程中，選擇合適的脈沖時間間隔 Δt 和合適的詢問區(qū)是至
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 葉灃真;;《顆粒,顆粒!》[J];藝術生活-福州大學廈門工藝美術學院學報;2017年03期

2 ;9月防城港硫磺市場趨于平穩(wěn)[J];硫酸工業(yè);2015年05期

3 野鶴;;感麥[J];黃河之聲;2014年09期

4 唐仕華;泰國顆粒膠生產(chǎn)受阻[J];世界熱帶農(nóng)業(yè)信息;1999年02期

5 從余;顆粒硫酸銨在德國投產(chǎn)[J];化學工業(yè)與工程技術;1997年01期

6 張國榮;顆粒餌的幾種用法[J];中國釣魚;1997年04期

7 曹亞芹;于鑫光;董玉斌;張君;;淺談小兒柴桂退熱顆粒治療上呼吸道感染的用法用量[J];中國醫(yī)藥指南;2017年26期

8 董浦元;顆粒餌簡介[J];中國釣魚;1996年06期

9 ;生產(chǎn)輔酶Q_(10)顆粒的方法[J];石油化工;2010年03期

10 李永成，孫宇;化學法清洗硅片過程中清除顆粒的機理(英文)[J];大連理工大學學報;1998年S1期

相關博士學位論文 前10條

1 文平平;雙組分顆粒分離的動力學過程研究[D];北京理工大學;2016年

2 范念念;從單顆粒受力到群體運動特征的推移質研究[D];清華大學;2014年

3 呂紅;方形顆粒兩相流的直接數(shù)值模擬[D];重慶大學;2011年

4 孔德志;堆石料的顆粒破碎應變及其數(shù)學模擬[D];清華大學;2009年

5 王亮;基于格子Boltzmann方法的非常規(guī)顆粒兩相流的機理研究[D];華中科技大學;2012年

6 張祺;直剪顆粒固體力學響應及其聲波探測[D];武漢大學;2012年

7 郭志國;第二顆粒對二元混合顆粒體系流動性影響的研究[D];華東理工大學;2015年

8 侯聰;公路隧道及城市道路PM_(2.5)單顆粒特征及老化過程研究[D];中國礦業(yè)大學(北京);2017年

9 王慶功;非均一顆粒在濃相流化床系統(tǒng)中的流動行為研究[D];清華大學;2015年

10 洪安宇;層流條件下無黏性均勻顆粒起動規(guī)律研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 張瑩;顆粒兩相流動的流場特性研究[D];中北大學;2018年

2 賈良梁;鴿舍空氣中顆粒物的組成及其對動物肺部的影響研究[D];揚州大學;2015年

3 吳瑛瀅;調(diào)脂顆粒對內(nèi)皮細胞的自噬的干預研究[D];南京中醫(yī)藥大學;2017年

4 魏海曼;豎直振動下U形管中顆粒的表面失穩(wěn)與遷移現(xiàn)象[D];北京理工大學;2016年

5 李志;料倉中濕顆粒流動規(guī)律的數(shù)值仿真與試驗研究[D];西安建筑科技大學;2003年

6 周鑫;顆粒物在人體呼吸系統(tǒng)中傳輸與沉積的數(shù)值模擬研究[D];中南大學;2010年

7 馮運超;二氧化碳中鎂顆粒點火與燃燒過程研究[D];國防科學技術大學;2014年

8 秦曉飛;攪拌槽內(nèi)固體顆粒混合的數(shù)值模擬[D];北京化工大學;2016年

9 侯亞威;垂直管內(nèi)糧食顆粒流動特性的試驗研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2010年

10 崔術祥;濕度對室內(nèi)顆粒物分布的影響[D];湖南工業(yè)大學;2013年

本文編號：2840568