多相流全尺度直接數(shù)值模擬方法及應(yīng)用.pdf

1、過去三十年的氣固多相流研究中，基于拉格朗日計(jì)算顆粒運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)源方法盡管已經(jīng)取得了許多研究成果，在一定程度上揭示了顆粒與流體之間相互作用的規(guī)律。但是由于模型自身的缺陷，顆粒與流體之間的一些相互作用仍然無法在模型中體現(xiàn)，從而無法正確的計(jì)算顆粒的運(yùn)動(dòng)、顆粒與流體之間的相互作用，許多顆粒尺度上的微觀現(xiàn)象難以正確的呈現(xiàn)。因此，發(fā)展研究在顆粒尺度上的計(jì)算方法，即多相流的全尺度計(jì)算方法，十分重要。
　　 本文在顆粒全尺度計(jì)算的內(nèi)嵌邊界方法基礎(chǔ)上

2、提出了內(nèi)嵌邊界多重直接力算法，并結(jié)合不同的計(jì)算方式提出了新的在笛卡爾均勻坐標(biāo)系下的基于壓力-速度方程的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法和基于渦量-速度方程的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法。通過對(duì)一系列靜止內(nèi)嵌邊界的算例的計(jì)算以及比較分析，驗(yàn)證了本論文提出的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法具有空間二階精度的收斂性。同時(shí)在多重直接力的作用下，顆粒表面內(nèi)嵌邊界上的速度無滑移邊界條件能夠很好的得到滿足。結(jié)合運(yùn)動(dòng)顆粒的特性，本文把內(nèi)嵌邊界多重直接力算法應(yīng)用于計(jì)算研究運(yùn)動(dòng)邊界

3、的問題。通過對(duì)二維空間以及三維空間中單個(gè)顆粒以及顆粒群運(yùn)動(dòng)的計(jì)算比較分析，驗(yàn)證了本論文提出的多重直接力算法的有效性。一些在顆粒尺度上的微觀現(xiàn)象得以捕捉和再現(xiàn)。本論文在內(nèi)嵌邊界多重直接力算法計(jì)算顆粒與流體之間動(dòng)量耦合的基礎(chǔ)上提出了內(nèi)嵌邊界多重直接熱源方法來計(jì)算顆粒與流體之間的能量耦合。論文中通過一系列算例的計(jì)算分析驗(yàn)證了內(nèi)嵌邊界多重直接熱源方法的精度和有效性。由于在三維空間中計(jì)算多個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)十分耗時(shí)，因此為了提高計(jì)算速度，本文提出了結(jié)合內(nèi)

4、嵌邊界多重直接力算法的并行計(jì)算方法。該方法能夠有效的提高計(jì)算速度。至此，本文提出的內(nèi)嵌邊界多重直接力算法和多重直接熱源算法能夠全尺度的研究顆粒(群)與流體之間的相互作用過程。內(nèi)嵌邊界多重直接力算法不僅僅可以運(yùn)用與計(jì)算研究顆粒與流體之間的相互作用，還能用于研究一系列基礎(chǔ)問題。本文中采用內(nèi)嵌邊界多重直接力算法研究了展向脈動(dòng)來流對(duì)顆粒阻力的影響。另外，本論文還首次全流場(chǎng)域內(nèi)直接數(shù)值模擬求解計(jì)算研究了不同尺度的煤粉顆粒與槽道中順列管束之間的磨損