發(fā)布時(shí)間：2021-04-07 14:15

　　基于歐拉-拉格朗日方法構(gòu)建了氣體-微顆粒兩相流動(dòng)數(shù)值計(jì)算模型,采用考慮速度滑移的拖曳力系數(shù)關(guān)聯(lián)式以研究微顆粒表面動(dòng)量非平衡效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,分析速度滑移、斯托克斯數(shù)（St）對微顆粒在受限空間中運(yùn)動(dòng)軌跡的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:速度滑移對顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡影響明顯,其運(yùn)動(dòng)過程明顯滯后于常規(guī)顆粒運(yùn)動(dòng);St較小時(shí),顆粒能及時(shí)響應(yīng)流場變化,可較好地跟隨流體運(yùn)動(dòng),隨St增大,顆粒運(yùn)動(dòng)受自身慣性影響愈加明顯。 

【文章來源】：熱科學(xué)與技術(shù). 2019,18(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１計(jì)算物理模型Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ

，通常可認(rèn)為流動(dòng)處于速度滑移區(qū)［９－１０］。基于此模型與方法，將Ｎ－Ｓ方程與顆粒運(yùn)動(dòng)方程相結(jié)合，對氣粒兩相流流動(dòng)進(jìn)行模擬。本文研究顆粒數(shù)目相對較少，可忽略顆粒間碰撞引起顆粒運(yùn)動(dòng)的改變，顆粒與壁面的碰撞采用Ｙａｍａｍｏｔｏ等［１３］提出的處理方法，恢復(fù)系數(shù)取為０．９。同時(shí)由于顆粒所占總體積較小（小于０．１％），因此計(jì)算過程中可忽略微顆粒對流場作用，僅考慮氣相流場對微顆粒的影響。２網(wǎng)格及模型驗(yàn)證數(shù)值模型中計(jì)算網(wǎng)格如圖２所示，采用四邊形網(wǎng)格對氣體流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行劃分，為更精確地描述圓柱周圍速度場變化以及顆粒－圓柱壁碰撞過程，模型在圓柱壁周圍采用加密網(wǎng)格處理。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)，表１給出了Ｒｅ＝４３．５０時(shí)不同網(wǎng)格劃分下得到的圓柱阻力系數(shù)。從表１中可以看出，網(wǎng)格３與網(wǎng)格４計(jì)算得到的結(jié)果誤差僅為０．０１０％，綜合考慮計(jì)算精度與速度，選用網(wǎng)格３為本文計(jì)算網(wǎng)格。圖２網(wǎng)格劃分方案Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍｅｏｆｍｅｓｈ表１網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)Ｔａｂ．１Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒｉｄ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ序號(hào)網(wǎng)格數(shù)／個(gè)ＣＤ相對誤差／％網(wǎng)格１４８００１２．０９３０．１７２網(wǎng)格２８４００１２．０９６０．１４４網(wǎng)格３１０８００１２．１１４０．０１０網(wǎng)格４１６０００１２．１１５０．０００為驗(yàn)證本文所建數(shù)值模型可靠性，首先模擬了無限大空間二維氣體圓柱繞流過程，并將計(jì)算得到的圓柱表面拖曳力系數(shù)ＣＤ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ與文獻(xiàn)［１４－１５］所得

過程。從圖３（ｂ）中可以看出，本文所得結(jié)果與文獻(xiàn)［１６］結(jié)果相符，因此本文采用的拉格朗日法追蹤顆粒計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信。（ａ）圓柱繞流阻力系數(shù)對比（ｂ）單顆粒沉降過程圖３數(shù)值模型驗(yàn)證Ｆｉｇ．３Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ３結(jié)果與討論顆粒在氣體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒與氣相流場間存在動(dòng)量交換，為表征顆粒對流場變化的響應(yīng)特性，通常引入無量綱參數(shù)Ｓｔｏｋｅｓ數(shù)進(jìn)行描述，其定義為顆粒氣動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間τｐ與流體特征時(shí)間τｆ的比值：Ｓｔ＝τｐτｆ（１０）其中顆粒氣動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間τｐ可表示為τｐ＝ρＰＤ２Ｐ１８μ（１１）τｆ為流體流動(dòng)特征時(shí)間，本文中取為圓柱直徑Ｄｃ與進(jìn)口速度ｕｉｎ比值，即τｆ＝Ｄｃｕｉｎ（１２）因此Ｓｔ可表示為Ｓｔ＝ρＰＤ２Ｐｕｉｎ１８μＤｃ（１３）３．１Ｋｎ影響首先研究了微顆粒表面速度滑移對其運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。為確保Ｋｎ＝０．００１與０．０１０兩種情況下顆粒Ｓｔ相同。Ｋｎ＝０．００１條件下，通道長度Ｌ＝１３．６００ｍｍ、高度Ｈ＝２．０４０ｍｍ、圓柱直徑ＤＣ＝０．６８０ｍｍ，對氣體進(jìn)口速度１．００ｍ／ｓ，直徑０．０６８ｍｍ顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。Ｋｎ＝０．０１０條件下，通道長度Ｌ＝１．３６０ｍｍ、高度Ｈ＝０．２０４ｍｍ、圓柱直徑ＤＣ＝０．０６８ｍｍ，對氣體進(jìn)口速度１０．００ｍ／ｓ，直徑６．８００μｍ顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。顆粒均由通道上部０．３５ＤＣ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]微噴顆粒與氣體混合過程的數(shù)值模擬研究[J]. 王裴,孫海權(quán),邵建立,秦承森,李欣竹.  物理學(xué)報(bào). 2012(23)



本文編號(hào)：3123645