球形粒子沉降運動的DLM-FD模擬.pdf

1、本文在DLM／FD方法的基礎上，改變原有的碰撞模型，分別采用硬球模型和軟球解析模型來處理球體之間以及球體和壁面之間的作用，數值模擬了球形粒子在三維方槽中的沉降。通過三種不同碰撞模型的對比，研究了水動力和短程力在粒子濃度不同時的主導作用。并采用軟球解析模型研究了雷諾數、初始位置等幾個重要參數對球形粒子沉降的影響。 在對球形粒子沉降的研究中，首先采用硬球碰撞模型和軟球解析模型進行模擬，得到的結果與實驗非常吻合，從而驗證了兩種模型的可

2、行性。當沉降粒子群濃度非常低如只有單個或兩個圓球參與沉降時，對三種模型模擬得到的軌跡、速度進行分析得出結論：無論采用何種模型來處理碰撞的作用，得到的結果是非常接近的，也就是說在圓球并不密集的沉降中，對球體沉降影響較大的是其中的水動力，而不是碰撞時的短程力，完全可以從計算簡便快速的角度選擇其中一種模型。而對25個球形粒子的沉降模擬結果進行分析，可以發(fā)現，由于處理圓球之間以及圓球和壁面之間作用的方式不同，三種模型得出的沉降軌跡、平均沉降速度

3、等不再相似，說明粒子群濃度較大時，起主導作用的是短程力而不再是水動力。 對于三種不同的模型，對碰撞作用的處理方式有很大的不同。原有的DLM／FD方法中采用的是簡單排斥力模型，粒子不能真實接觸發(fā)生碰撞，其中涉及的排斥力不僅和球心位置有關，還和一些碰撞參數有關，而這些碰撞參數并非定值，選擇的數值不同，結果也有變化；軟球解析模型在低雷諾數時有明顯的物理意義，粒子碰撞時能真實接觸甚至有些許重疊，碰撞時的作用力和間距、粒子速度以及粒子本身

4、的物理性質有關，不受其它數值不定的參數影響，相對排斥力模型有一定的優(yōu)勢；硬球碰撞模型從能量的角度出發(fā)，假設粒子碰撞時能量守恒，碰撞前后直接改變粒子的速度，方法簡單、計算簡便。采用軟球解析模型模擬了不同雷諾數下單個、兩個以及25個圓球在三維方槽中的沉降。在單個圓球沉降軌跡的xy視圖上，低雷諾數呈一條與壁面平行的線段，而高雷諾數情況下則在平行的兩個壁面之間來回振蕩或者沿四個壁面依次碰撞。在兩個圓球的沉降中，初始位置的改變對低雷諾影響較大，如