為研究黏彈性流體中顆粒遷移的力學成因,對方管Poiseuille流動中懸浮顆粒的遷移進行數(shù)值研究。選用Giesekus模型的黏彈性流體和球形剛性顆粒作為研究對象,忽略流體的慣性效應以研究流體彈性效應和剪切變稀效應對顆粒受力的影響�？刂品匠滩捎糜邢拊ê唾み|金-最小二乘法（GLS）方法進行求解,并取得了較好的收斂性。顆粒運動模型采用基于"相對運動模型的準定常算法",對通道中顆粒的橫向升力的分布特征進行研究。研究結果表明:顆粒在不同橫向位置上所受的橫向升力決定了顆粒在實際流動中的遷移方向,且受到流體彈性和剪切變稀的影響。 

【文章來源】：輕工機械. 2019,37(05)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

計算模型示意圖Figure1Schematicdiagramofcomputationalmodel

式中U為通道中流體平均流速，m/s。2計算結果與分析2．1數(shù)值方法驗證為了驗證GLS型有限元法和相對運動模型的準確性，課題組對顆粒在Couette流動中的運動進行數(shù)值模擬，并與Avino的計算結果［15］720進行對比參照，其中Avino使用的是ALE方法進行求解。流動模型如圖2所示，取2塊相互平行、距離為H的平板，其間充滿著Giesekus黏彈性流體;上板CD以Uw的速度沿x軸方向運動，下板靜止不動;將一根圓柱置于2板之間某一橫向位置并隨流體運動。圖2Couette流動模型Figure2Couetteflowmodel計算采用的參數(shù)為:Wi=1．0，α=0．2，a+=0．1，μs/μp=0．1。在顆粒隨著流場運動時，將受到橫向升力Fy而橫向遷移，并且以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。顆粒在Couette流中的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度可由“試湊法”加以確定。圖3顯示了在不同橫向位置上顆粒無量綱旋轉(zhuǎn)速度ω+的橫向分布，并與Avino的計算結果［15］720進行了對比。圖3顆粒旋轉(zhuǎn)速度ω+的橫向分布與Avino計算結果的比較Figure3Comparisonoftransversedistributionofparticlerotationvelocityω+withresultsofAvinocalculation從圖3中可以看出，隨著顆粒的橫向位置逐漸靠近上壁面，旋轉(zhuǎn)速度先以較小幅度減小，在接近上壁面后大幅度減小。課題組計算結果與Avino的結果［15］720誤差在允許范圍內(nèi)，因此可以認為相對運動模型和GLS算法具有可靠性。2．2顆粒的橫向遷移的力學分析實驗結果［16］表明，在方形直管中隨著黏彈性流體運動的顆粒，其橫向遷移規(guī)律具有以下特點:位于剪切率較低的區(qū)域的?

腿繽?2所示，取2塊相互平行、距離為H的平板，其間充滿著Giesekus黏彈性流體;上板CD以Uw的速度沿x軸方向運動，下板靜止不動;將一根圓柱置于2板之間某一橫向位置并隨流體運動。圖2Couette流動模型Figure2Couetteflowmodel計算采用的參數(shù)為:Wi=1．0，α=0．2，a+=0．1，μs/μp=0．1。在顆粒隨著流場運動時，將受到橫向升力Fy而橫向遷移，并且以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。顆粒在Couette流中的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度可由“試湊法”加以確定。圖3顯示了在不同橫向位置上顆粒無量綱旋轉(zhuǎn)速度ω+的橫向分布，并與Avino的計算結果［15］720進行了對比。圖3顆粒旋轉(zhuǎn)速度ω+的橫向分布與Avino計算結果的比較Figure3Comparisonoftransversedistributionofparticlerotationvelocityω+withresultsofAvinocalculation從圖3中可以看出，隨著顆粒的橫向位置逐漸靠近上壁面，旋轉(zhuǎn)速度先以較小幅度減小，在接近上壁面后大幅度減小。課題組計算結果與Avino的結果［15］720誤差在允許范圍內(nèi)，因此可以認為相對運動模型和GLS算法具有可靠性。2．2顆粒的橫向遷移的力學分析實驗結果［16］表明，在方形直管中隨著黏彈性流體運動的顆粒，其橫向遷移規(guī)律具有以下特點:位于剪切率較低的區(qū)域的顆粒向通道中心線遷移;位于剪切率較高的區(qū)域的顆粒向通道角落遷移。為探究此規(guī)律的力學成因，課題組對管道某一橫截面上的顆粒受力情況進行數(shù)值計算。計算結果的橫向升力系數(shù)分布如圖4所示。圖4Wi=0．3時顆粒在橫截面上所受橫向力的分布Figure4Distributionoftransverseforceoncross

【參考文獻】：
期刊論文
[1]顆粒慣性聚集中慣性升力的特性研究[J]. 王企鯤,李海軍,李昂,孫仁.  水動力學研究與進展A輯. 2014(05)



本文編號：3263282