本文運用直接力浸入邊界法對低雷諾數(shù)的單個及線形排列的兩個和多個球形顆粒自由沉降的特性和過程進行了數(shù)值模擬,首先通過單個球形顆粒自由沉降模型驗證了該方法的準確性,同時研究了顆粒剛體假設（RBA）對結果精確性的影響,然后,在不同的顆粒間距分布條件下對豎直排列的不同數(shù)量的球形顆粒沉降進行了直接數(shù)值模擬。模擬結果表明,相對間距在一定范圍內的線形排列雙球和多球顆粒都可發(fā)生相繼的牽引、觸碰、翻滾過程;當線形排列球顆粒數(shù)量大于3時,顆粒的數(shù)量不會影響最下方兩球初始的牽引和觸碰運動;線形排列多球可改變發(fā)生牽引的兩球的受力從而加速牽引和觸碰的過程。 

【文章來源】：武漢科技大學學報. 2020,43(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

不同網格密度條件下的顆粒沉降速度

基于文獻[14]中的算例2,通過計算,分析了不同RBA條件下,式(5)中積分項(等號左端)及乘積項(等號右端)的數(shù)值隨時間變化的規(guī)律,結果如圖4所示。圖4中,標記為RBA乘積值和非RBA乘積值的曲線分別反映了顆粒是否為剛體時顆粒體積與顆粒質心沉降速度的乘積隨時間變化的趨勢,標記為RBA積分值和非RBA積分值的曲線分別反映了顆粒是否為剛體時借助Monte Carlo隨機積分法計算所得式(5)中積分項的值隨時間變化的趨勢,作為參照,標記為RBA實驗乘積值的曲線則反映了顆粒為剛體時,由文獻[15]實驗值所得出的顆粒質心沉降速度與顆粒體積的乘積隨時間變化的趨勢。上述積分項、乘積項值隨時間的變化趨勢即為顆粒沉降速度隨時間的變化趨勢。由圖4可見,將顆�？醋鲃傮w時,相應的計算結果更接近于文獻[15]所報道的實驗值;當顆粒不是剛體時,計算值和實驗值的誤差較大。此外,將顆粒作為剛體處理時,相應的乘積值曲線相較積分值曲線更為平滑、波動更小。以上結果表明,在球狀顆粒沉降過程中,當顆粒為剛體時,相應計算結果更加準確。3.2 雙球顆粒沉降

因為當線形排列的球狀顆粒數(shù)超過3以后,伴隨著1號、2號球發(fā)生DKT(牽引,觸碰、翻滾)過程,1～3號球的運動狀態(tài)基本一致,故而對1～3號球中相鄰球間的相對間距變化進行分析,結果如圖8所示,其中P2-P1表示1號球和2號球的相對間距,P3-P2表示2號球和3號球的相對間距。由圖8可見,在顆粒沉降過程中,1號球和2號球先發(fā)生牽引和觸碰,然后再分離,這與二者在雙球模型中的表現(xiàn)一致,區(qū)別在于整個過程因3號球的加入而導致進度加快。同時,3號球和2號球僅僅發(fā)生牽引而不會產生觸碰。此外,本研究模擬結果還表明,隨著線形排列顆粒數(shù)目的不斷增加,使用DF-IBM對相應沉降過程進行模擬計算的效率始終保持在較高水平。IBM模擬主要采用歐拉網格及拉格朗日網格,其中歐拉網格的位置和數(shù)量是固定不變的,而拉格朗日網格的變化則依賴于顆粒數(shù)目。在模擬計算中,計算量主要取決于歐拉網格的數(shù)量,這是因為在整個使用了壓力投影法的模擬過程中,對壓力場的泊松方程進行求解耗時最多,而泊松方程又是在歐拉網格上離散求解的。一般來說,顆粒越多,計算量越大,但是IBM法中歐拉網格數(shù)量固定,所以計算量的增加幅度非常有限,這也是IBM方法目前應用比較廣泛的原因之一。3.4 線形排列雙球與多球顆粒沉降對比


本文編號：3431561