基于格子玻爾茲曼方法的微小空間懸浮顆粒運(yùn)動(dòng)研究.pdf

1、流固兩相流是工業(yè)上廣泛存在的輸運(yùn)現(xiàn)象。格子Boltzmann方法(LatticeBoltzmannmethod，LBM)是近年發(fā)展迅速的一種計(jì)算流體力學(xué)新方法，在流固兩相流模擬方面具有許多優(yōu)勢(shì)。本文選擇在微小空間的懸浮顆粒為研究對(duì)象，分析顆粒在自然沉降和混合流動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。具體工作如下:
　　 論文從描述流體和顆粒運(yùn)動(dòng)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(duì)流，熱泳等多種作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理;同時(shí)介紹了格子boltzmann方法在流體力學(xué)中的應(yīng)用。
　　 通過(guò)使用LBM中的LBGK(latticeBhatnagarGrossKrook)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單顆粒繞流問(wèn)題的定常及非定常流動(dòng)過(guò)程中渦結(jié)構(gòu)的模擬。分別計(jì)算了Reynolds數(shù)在0.1～200范圍內(nèi)95個(gè)不同Reynolds數(shù)時(shí)的曳力系數(shù)，并將計(jì)算結(jié)果擬合得到基于LBM數(shù)值模擬的曳力曲線。計(jì)算結(jié)果表明，LBM

3、在流固兩相流的模擬計(jì)算中具有精確、可靠的優(yōu)點(diǎn)，使用LBM模擬計(jì)算曳力曲線的方法經(jīng)濟(jì)、易行，并且可以克服由傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(duì)流運(yùn)動(dòng)特性，模擬了不同溫差下不同粒徑和密度的顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)果表明顆粒在初期沿壁面順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，隨后中間區(qū)域的顆粒沉降趨勢(shì)增強(qiáng)，最終沉降成為顆粒主要的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，溫度梯度是影響顆粒熱泳運(yùn)動(dòng)的主要因素。
　　 研究了微小通道條件下顆粒的運(yùn)動(dòng)特