長粒子沉降特性及其在圓射流中運動的研究.pdf

1、本文以數(shù)值模擬為主研究了一些具有代表性的纖維懸浮流場.首先,用D2Q9格子模型研究了圓形和橢圓形粒子的維沉降.對兩個圓形粒子沉降的研究表明:沉降具有一定的周期性,初始在后方的粒子會在前方粒子尾渦的作用下加速,當Re數(shù)從大到小變化時,沉降依次經歷兩個粒子交替領先、后方粒子取得領先位置并一直保持、前方的粒子一直保持領先等三種形態(tài);初始相對位胃及管道寬度的變化不改變沉降特性.對特定初始分布的兩個長徑比為3的橢圓粒子的沉降研究表明:在Re數(shù)很小

2、的時候,兩粒子相互的排斥小,兩粒子在管道里不斷旋轉;而當Re數(shù)很大時,粒子會很快地到達穩(wěn)定的沉降位置和取向;對兩者之間的Re數(shù),粒子在翻了一次或幾次"筋斗"后,會穩(wěn)定沉降或者出現(xiàn)反向轉動,反向后可能會繼續(xù)"翻筋斗".對固壁條件和周期性壁面條件下多個橢圓形粒子的沉降的研究表明:兩種壁面條件下,橢圓粒子的取向都趨于水平,某些時刻部分粒子出現(xiàn)與重力方向相反的速度;固壁條件下多根橢圓粒子的平均沉降速度大大小于周期性壁面條件下的平均沉降速度.其次

3、,采用D3Q1 5格子模型研究了圓柱狀粒子在無限長矩形截面管道里的沉降,研究了單根、兩根及多根時的情況.對單根的研究表明:沉降受慣性和壁面的影響;一般來說管道越窄,慣性越小,壁面的影響越大;在壁面影響小時,纖維轉平;在壁面的影響大時,纖維的位置在中線附近振動,取向在豎直方向搖擺.對兩根及多根纖維沉降的研究表明:纖維間發(fā)生頻繁的相互碰撞,同時受水動力學作用及壁面影響,沉降過程復雜,在沉降過程中會不斷有兩兩或者多根纖維形成的"倒T"結構的產

4、生和消失;一般來說慣性大、濃度低時,整個沉降與單個纖維沉降的特性越相似;而慣性小、濃度高時,整個沉降與單個纖維的沉降差得較遠.對兩根纖維的沉降的試驗發(fā)現(xiàn)了較穩(wěn)定的"倒T"結構.最后,用三維渦方法模擬了隨時間發(fā)展的射流場,用 Lagrange顆粒軌道模型模擬柱狀粒子在圓射流場中的運動.研究發(fā)現(xiàn):射流場具有很強的攜帶柱狀粒子的能力.隨著射流往下游發(fā)展,初始隨機分布的粒子呈現(xiàn)出局部聚集的現(xiàn)象,并且逐漸出現(xiàn)最優(yōu)取向.在小Re數(shù)流場和大長徑比粒子