非結構化網(wǎng)格上的稠密顆粒兩相流數(shù)值模擬.pdf

1、稠密顆粒兩相流是由大量離散固體顆粒組成的復雜體系，在工業(yè)生產(chǎn)中尤其是化工及能源動力等領域有著非常廣泛的應用。稠密顆粒物質系統(tǒng)內存在多種強烈的相互作用，包括顆粒-顆粒/壁面間碰撞接觸力和顆粒-流體間耦合作用等，其行為表現(xiàn)多樣，物理機理復雜，數(shù)值求解困難，是眾多學者關注的焦點，對稠密顆粒物質系統(tǒng)行為的研究具有重要的基礎科學和工程指導意義。
　　 本文依據(jù)系統(tǒng)尺度和“相”描述方式的不同，對目前顆粒兩相流領域內的計算模型作了系統(tǒng)的歸類，

2、對目前顆粒接觸力學模型作了比較全面的總結，此外，還回顧了以往稠密顆粒兩相流的應用研究工作，從流態(tài)化、氣力輸送和工業(yè)過程這三個應用領域簡要總結了人們的發(fā)現(xiàn)和所取得的成果。
　　 本文在軟件FLUENT提供的二次開發(fā)框架內，利用用戶自定義函數(shù)接口，發(fā)展了一套適應復雜計算區(qū)域的軟球離散顆粒模型非結構化網(wǎng)格算法。該算法采用Model A描述連續(xù)相運動方程，基于Hertz和Mindlin-Deresiewicz(MD)簡化理論的非線性離散

3、元方法(discrete element method，DEM)進行顆粒間碰撞事件處理和接觸力學計算，基于顆粒與網(wǎng)格單元幾何位置關系精確計算兩相體積分數(shù)，使用最小二乘法構建標量重構梯度來實施Euler網(wǎng)格與Lagrange顆粒中心點間的物理量映射，依據(jù)用戶意愿方便選擇連續(xù)相控制方程離散格式及壓力-速度耦合方式，調用內置代數(shù)多重網(wǎng)格求解器迭代求解離散后線性方程組。在程序的實現(xiàn)上，采用鏈表型式的顆粒信息數(shù)據(jù)結構，便于物理量的映射和執(zhí)行效率的

4、提高。
　　 本文通過對比文獻實驗結果、計算結果來驗證非結構化網(wǎng)格上的DEM-CFD耦合算法的合理性和正確性，并將該算法應用于顆粒躍移軌跡和常規(guī)流化床鼓泡、噴射等物理現(xiàn)象的模擬計算中。論文從微觀的角度重點剖析了稠密顆粒物質系統(tǒng)內氣固兩相的精細行為和顆粒間力學結構，探討了脈沖鼓泡現(xiàn)象的形成機理，捕捉到顆粒起動瞬間力鏈斷裂“解鎖”現(xiàn)象和系統(tǒng)壓降脈沖現(xiàn)象，觀察到鼓泡床穩(wěn)定階段氣穴的S型上升路徑，發(fā)現(xiàn)床內氣體的流動是一個由雙主渦到多渦共