管內(nèi)的固體物沉積在氣相運輸中是一個重要的工業(yè)現(xiàn)象。氣流中含有的顆粒由于重力、慣性和氣流湍動等作用,容易與壁面發(fā)生碰撞,從而從氣體中分離出來,造成管道堵塞等危害,因此研究顆粒的粘附特征對學術和工程指導具有重大的意義。本文對0.01~50μm的顆粒粘附特征進行數(shù)值模擬,采用方形粗糙元近似地模擬粗糙壁面,選擇湍流的雷諾應力模型結(jié)合雙層模型模擬圓管內(nèi)的流場分布及近壁區(qū)域的湍流變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),規(guī)則的方形粗糙元使近壁面區(qū)域流場呈波浪形變化,近壁處的湍動能隨粗糙度的增大而增大,相鄰粗糙元之間產(chǎn)生很大的漩渦。采用DEM方法研究了顆粒入射參數(shù)對碰撞特征的影響,發(fā)現(xiàn)了摩擦系數(shù)與入射角的關系,并擬合出了摩擦系數(shù)曲線。采用隨機軌道模型考察顆粒的運動情況,探討了壁面特性、重力、氣流速度對顆粒沉積情況的影響,并采用POD方法對顆粒的沉積速率進行快速預測。結(jié)果表明,粗糙度對顆粒的運動產(chǎn)生了很大的影響,顆粒大多與壁面碰撞從而發(fā)生粘附或反彈,但僅對小顆粒的沉積速率影響明顯;影響顆粒沉積速率的因素主要有重力,慣性,運動強度和壁面的反彈作用;當粒徑大于10μm時,沉積速率隨氣流速度的增大而減小,壁面的反彈是沉積速率減小的主... 

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 氣固兩相流動的數(shù)值模擬概述
        1.2.1 氣相湍流模型概述
        1.2.2 顆粒相模擬模型概述
        1.2.3 顆粒壁面沉積研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容
第二章 氣體-顆粒壁面沉積的數(shù)學模型介紹
    2.1 氣相湍流模型
        2.1.1 氣相控制方程
        2.1.2 近壁處理模型
    2.2 顆粒相受力分析及控制方程
        2.2.1 顆粒相受力分析
        2.2.2 顆粒相控制方程及求解方法
        2.2.3 隨機軌道模型
    2.3 本章小結(jié)
第三章 顆粒與壁面的碰撞特性
    3.1 碰撞模型綜述
    3.2 碰撞物理模型
    3.3 離散元方法(DEM)
        3.3.1 基本控制方程
        3.3.2 程序驗證
    3.4 顆粒與壁面的碰撞特性
        3.4.1 入射角與反射角關系特性
        3.4.2 接觸時間特性
        3.4.3 速度恢復系數(shù)特性
        3.4.4 臨界速度特性
    3.5 本章小結(jié)
第四章 粗糙管內(nèi)微細顆粒粘附特征研究
    4.1 物理模型及簡化
    4.2 網(wǎng)格劃分及數(shù)值計算方法
        4.2.1 網(wǎng)格劃分
        4.2.2 數(shù)值計算方法
        4.2.3 邊界條件
        4.2.4 網(wǎng)格獨立性考核
    4.3 流場模擬結(jié)果及分析
        4.3.1 速度場分布
        4.3.2 雷諾應力分析
        4.3.3 湍動能結(jié)構(gòu)分析
    4.4 顆粒軌跡模擬結(jié)果
    4.5 顆粒沉積速率模擬結(jié)果
        4.5.1 壁面位置對沉積速率的影響
        4.5.2 重力對沉積速率的影響
        4.5.3 有效表面能對沉積速率的影響
        4.5.4 有效彈性模量對沉積速率的影響
        4.5.5 氣流速度對沉積速率的影響
        4.5.6 壁面粗糙度對沉積速率的影響
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于POD方法的微細顆粒沉積預測
    5.1 POD方法綜述
    5.2 最佳正交分解(POD)
    5.3 管內(nèi)流場預測
        5.3.1 樣本采集
        5.3.2 POD基函數(shù)
        5.3.3 POD系數(shù)
        5.3.4 POD插值
    5.4 管內(nèi)沉積預測
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的學術成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于微粒沉降的湍流管流內(nèi)近壁流場的研究[D]. 姜玲玲.北京交通大學 2009



本文編號：3672606