復(fù)雜兩相流動(dòng)中顆粒碰撞的DEM-LES-SNS耦合模擬研究.pdf

1、本文的研究?jī)?nèi)容分成三部分，分別對(duì)顆粒流、流化床及旋轉(zhuǎn)射流中顆粒碰撞及其相關(guān)現(xiàn)象采用了離散元-大渦模擬/直接模擬耦合方法(DEM-LES/DNS)進(jìn)行了數(shù)值研究。其中，顆粒流的模擬方法主要離散元模擬，同時(shí)采用了實(shí)驗(yàn)手段作為參照和驗(yàn)證；流化床的模擬方法主要為離散元-大渦模擬耦合方法；旋轉(zhuǎn)射流的模擬方法主要為離散元-直接模擬耦合方法。
　　 ㈠在顆粒流的研究方面，首先采用高速攝影和PTV算法對(duì)慣性顆粒的碰撞率的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行了研究，獲得

2、了顆粒碰撞率與顆粒濃度、直徑、平均相對(duì)速度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式，并對(duì)重力場(chǎng)的效應(yīng)進(jìn)行了分析討論。其次，本文采用直接模擬及離散元硬球碰撞模型耦合的數(shù)值手段，對(duì)均勻各向同性湍流中不同St數(shù)的顆粒碰撞率進(jìn)行了進(jìn)一步研究，以研究湍流影響下顆粒碰撞率的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式，并進(jìn)一步分析了小顆粒的碰撞凝并效應(yīng)。接著，本文采用離散元硬球碰撞模型對(duì)波形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)特性采用能量分析和角動(dòng)量分析的手段進(jìn)行了研究，分析了波形鼓邊界的波數(shù)、振幅和轉(zhuǎn)速對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)的影響。最后，本

3、文采用離散元軟球碰撞模型對(duì)圓形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)顆?；旌咸匦裕ɑ旌辖缑娴姆中尉S、混合過程的信息熵特性等進(jìn)行了分析研究。
　　 ㈡在流化床的研究方面，首先采用離散元-大渦模擬耦合方法對(duì)三維小尺度帶埋管流化床進(jìn)行了模擬研究，分析了流化床內(nèi)氣固兩相的相間作用的變化特性和顆粒-埋管碰撞及埋管磨損的分布特性。接著，本文采用同樣的方法對(duì)兩維脈動(dòng)流化床進(jìn)行了模擬研究，研究了脈動(dòng)流態(tài)化對(duì)氣固兩相作用力、床層壓降、顆粒脈動(dòng)特性等的調(diào)制作用，并分析了脈動(dòng)流

4、態(tài)化對(duì)顆粒-埋管碰撞特性的影響。最后，本文采用同樣的方法對(duì)局部氣流擾動(dòng)對(duì)顆粒-埋管碰撞特性的影響進(jìn)行了細(xì)致研究，分別對(duì)兩維少數(shù)埋管、兩維管排、三維側(cè)風(fēng)等情形進(jìn)行了研究，論證并揭示了局部氣流擾動(dòng)對(duì)顆粒-埋管碰撞規(guī)律變動(dòng)的機(jī)理。
　　 ㈢在旋轉(zhuǎn)射流的研究方面，首先采用直接模擬方法對(duì)氣相旋流的渦破裂現(xiàn)象進(jìn)行了直接模擬研究，揭示了渦破裂區(qū)域流動(dòng)標(biāo)量的擬序振蕩特性。接著采用同樣的方法對(duì)氣相旋流的渦核三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，揭示了不同旋流數(shù)下渦核

5、的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；并對(duì)旋流場(chǎng)的基本統(tǒng)計(jì)特性，包括平均速度分布、脈動(dòng)速度分布曲線等進(jìn)行了研究。然后，本文對(duì)氣固兩相旋流中顆粒受力特性、擴(kuò)散及分布特性、擴(kuò)散的影響因素等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，定量分析了不同特性顆粒的受力情況、揭示了不同特性顆粒擴(kuò)散的分布形態(tài)及影響顆粒的擴(kuò)散的主導(dǎo)因素等。最后，本文采用硬球模型-直接模擬耦合方法對(duì)氣固兩相旋流中的不同St數(shù)顆粒碰撞的分布及于顆粒速度的關(guān)系、碰撞與湍流性質(zhì)的依賴性和關(guān)聯(lián)性、碰撞對(duì)湍流的調(diào)制效應(yīng)、湍流雷諾應(yīng)力對(duì)