基于格子玻爾茲曼方法的微小空間懸浮顆粒運動研究.pdf

1、流固兩相流是工業(yè)上廣泛存在的輸運現(xiàn)象。格子Boltzmann方法(LatticeBoltzmannmethod，LBM)是近年發(fā)展迅速的一種計算流體力學新方法，在流固兩相流模擬方面具有許多優(yōu)勢。本文選擇在微小空間的懸浮顆粒為研究對象，分析顆粒在自然沉降和混合流動中的運動規(guī)律。具體工作如下:
　　 論文從描述流體和顆粒運動的微分方程出發(fā)，理論上介紹了懸浮顆粒受到重力、浮力、流體拽力、范德華力、虛擬質(zhì)量力、巴賽特力、馬格努斯力、布朗

2、力和薩夫曼升力，以及混合對流，熱泳等多種作用時的運動機理;同時介紹了格子boltzmann方法在流體力學中的應用。
　　 通過使用LBM中的LBGK(latticeBhatnagarGrossKrook)模型，實現(xiàn)了對單顆粒繞流問題的定常及非定常流動過程中渦結(jié)構的模擬。分別計算了Reynolds數(shù)在0.1～200范圍內(nèi)95個不同Reynolds數(shù)時的曳力系數(shù)，并將計算結(jié)果擬合得到基于LBM數(shù)值模擬的曳力曲線。計算結(jié)果表明，LBM

3、在流固兩相流的模擬計算中具有精確、可靠的優(yōu)點，使用LBM模擬計算曳力曲線的方法經(jīng)濟、易行，并且可以克服由傳統(tǒng)實驗方法獲得曳力曲線的局限性。
　　 初步探究了微小方腔空間條件下顆粒的自然對流運動特性，模擬了不同溫差下不同粒徑和密度的顆粒的運動軌跡，結(jié)果表明顆粒在初期沿壁面順時針運動，隨后中間區(qū)域的顆粒沉降趨勢增強，最終沉降成為顆粒主要的運動趨勢，溫度梯度是影響顆粒熱泳運動的主要因素。
　　 研究了微小通道條件下顆粒的運動特