細顆粒物沉積現(xiàn)象在工業(yè)生產和環(huán)境保護中發(fā)揮著重要作用,如通風系統(tǒng)、污染物控制和工業(yè)反應器設計。上述工藝所涉及的壁面或多或少存在粗糙結構。由于連續(xù)運行和長時間暴露在空氣表面的緣故,使設備表面存在缺陷,例如裂縫和變形。顆粒沉積在壁面上導致設備工作效率降低,嚴重時甚至損壞設備。因此,顆粒沉積行為引起了國內外學者的廣泛關注。顆粒沉積是一種非常復雜的現(xiàn)象,尤其是在粗糙的表面上,顆粒的運動受到許多因素的影響,如顆粒的性質、壁的形態(tài)和流動特性等。氣流攜帶顆粒在壁面流動時,在重力沉降和氣體湍流的共同作用下顆粒會傾向于向壁面移動并沉積。此外,粗糙壁面不規(guī)則的波峰和波谷增加了壁面附近的氣體擾動,加速了顆粒與壁面之間的相互作用。因此,綜合考慮顆粒間以及顆粒與壁面的碰撞、回彈、沉積等運動對闡明顆粒沉積機理具有重要意義。本文采用計算流體力學與離散單元法耦合（CFD-DEM）對氣固兩相流運動進行模擬。氣相采用雷諾應力模型和近壁面兩層模型預測流道內近壁面流動狀況,顆粒相采用離散單元法中軟球模型,根據(jù)牛頓第二定律跟蹤顆粒運動情況。忽略顆粒對流體的影響,僅考慮顆粒間、顆粒與壁面、氣體對顆粒的三向耦合。首先對細顆粒顆粒粒... 

【文章來源】：東北電力大學吉林省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－２接觸力模型系統(tǒng)??顆粒在相互碰撞中會受到切向力和法向力可由下式表示：??

?第２章氣固兩相流數(shù)值算法????所受到的流體力主要是由粘性剪切流導致的，包括空氣曳力外和剪切提升力ＦＬ。如圖２－３??所示，考慮球形顆粒與光滑壁面接觸時的受力情況。圖中放大顆粒與壁面接觸的半徑尺寸。??簡單的力平衡模型認為：空氣流場中顆粒脫離壁面是由于流體力的法相分量能夠克服粘附??力與赫茲力的合理和重力。近壁面附近的空氣速度可由平均值和脈動分量來表示，顆粒受??到的流體力也由平均值（剪切層）和脈動分量（粘性結構層）總和計算。??個心??ｖ??、??、??、??Ｖ??§Ｆ〇?Ｆ?ａ??１？霉夢??．■－?、??圖２－３沉積于壁面上顆粒受力??為方便比較，將各項力轉換為無量綱形式，即Ｆ表示為，。??Ｆ??Ｆ＋?＝丁?（２－４２）??ｖ?ｐ??引入無量綱距離、無量綱半徑分別為：??ｙ＋?＝，?（２－４３）??（２－４４）??Ｖ??Ｏ’Ｎｉｌｌｌ４６：！提出了粘性流體中球形顆粒的線性化Ｎ－Ｓ方程分析解：??匕＝師嘗０?（２－４５）??式中：＜／／考慮壁面效應的Ｓｔｏｋｅｓ曳力修正系數(shù)，為１．７００９。得到無量綱曳力：??Ｋ＝３２．０４（ｒ；）２?（２－４６）??ｓａｆｆｍａｎ提出了針對小顆粒在低速剪切流中的平均提升力：??Ｆ一”?—?（２－４７）??粘性剪切層內平均提升力為：??ｄ？＃＿?＝?６．４８（ｒ；）３?（２－４８）??脈動剪切層與主流速度振幅有關的無量綱提升力：??Ｆ；｝＝０Ｍ（ｒ；）４?（２－４９）??－１３－??

（ｒ；）３?（２－５０）??ＪＫＲ模型中提出了將顆粒拉離壁面的力：??ＦＰ〇＝＾ｒｒｐ?（２－５１）??考慮本文計算條件與文獻的數(shù)據(jù)總結，得到無量綱表面力：??；？＋?２６３?＋??ＦＰ〇＝－＾ｒＰ?（２－５２）??ｕ＊??壁面與顆粒間摩擦系數(shù)為ｙ？ｆ，考慮顆粒在壁面上滑動條件：??Ｆｎ＾ＭＦ：＋Ｇ＋￣ＦＤ?（２－５３）??顆粒在壁面上滾動條件：??Ｆ＋Ｄ＞０．５ｉｒ＾－｛Ｆ；ｏ＋Ｇ＋－Ｆｌ）?（２－５４）??ｒＰ??各力的變化趨勢隨無量綱半徑變化如圖２－４所示，可以發(fā)現(xiàn)，對于無量綱半徑小于１??的顆粒，由于提升力相對于表面力很小，顆粒沉積于壁面后氣流難以將顆粒拉離壁面，而??此時顆粒的滾動和滑動更容易實現(xiàn)。??？?１０６????／Ｖ’?．??「?夕＊？＊＊＾＊？?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｆｏｒｃｅ??，欲’?Ｄｒａｇ?ｆｏｒｃｅ??「＾＊＊＾５＊＊＊?Ｌｉｆｔｉｎｇ?ｆｏｒｃｅ??Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ?ｌｉｆｔｉｎｇ?ｆｏｒｃｅ??ｒ??１０－５０??．?ｘ?．?，?，?．?＾?．１?．?．?，？，？？＜?．?．?＾?，?ｃ?，?．?１??ｉ〇＊２?ｉ?〇＇５?ｉｏ°?ｉｏ＊??ｒ?＋??圖２－４顆粒受力隨無量綱半徑變化??２．４計算方法及模型驗證??本文應用基于壓力的分離式算法進行計算，采用有限容積法對連續(xù)相控制方程進行離??散，應用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法對顆粒相進行計算。壓力與速度耦合采用ＳＩＭＰＬＥ算法，對流??項采用二階迎風格式進行離散，擴散項釆用中心差分格式離散。其中合理的時間步長對顆??粒的碰撞、擠壓、變形、反彈有很大影響。若時間步長

【參考文獻】：
期刊論文
[1]粗糙壁面流道內顆粒趨壁沉積特性的數(shù)值研究[J]. 洪文鵬,齊琪.  中國電機工程學報. 2016(S1)
[2]兩種截面窄通道內PM1顆粒沉積數(shù)值模擬對比研究[J]. 汝小龍,周濤,林達平,楊旭.  核動力工程. 2013(S1)
[3]氣溶膠顆粒在風管系統(tǒng)中沉降的實驗研究[J]. 李念平,張麗薇,付崢嶸,朱青松.  建筑熱能通風空調. 2006(06)

博士論文
[1]氣溶膠顆粒在通風空調風管系統(tǒng)中沉降規(guī)律的研究[D]. 付崢嶸.湖南大學 2007

碩士論文
[1]基于完整微凸體模型的粗糙表面接觸性能研究[D]. 宋亞飛.西安理工大學 2019
[2]三維分形表面的接觸性能研究[D]. 成雨.西安理工大學 2017
[3]基于分形理論瀝青路表面離析判別方法研究[D]. 周吳軍.湖南大學 2009
[4]氣溶膠顆粒在矩形風管系統(tǒng)中沉降特性的實驗研究[D]. 張麗薇.湖南大學 2007



本文編號：3270269