復雜兩相流動中顆粒碰撞的DEM-LES-SNS耦合模擬研究.pdf

1、本文的研究內(nèi)容分成三部分，分別對顆粒流、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，同時采用了實驗手段作為參照和驗證；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算法對慣性顆粒的碰撞率的統(tǒng)計特性進行了研究，獲得

2、了顆粒碰撞率與顆粒濃度、直徑、平均相對速度的統(tǒng)計關(guān)系式，并對重力場的效應進行了分析討論。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，對均勻各向同性湍流中不同St數(shù)的顆粒碰撞率進行了進一步研究，以研究湍流影響下顆粒碰撞率的統(tǒng)計關(guān)系式，并進一步分析了小顆粒的碰撞凝并效應。接著，本文采用離散元硬球碰撞模型對波形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)顆粒運動特性采用能量分析和角動量分析的手段進行了研究，分析了波形鼓邊界的波數(shù)、振幅和轉(zhuǎn)速對顆粒運動的影響。最后，本

3、文采用離散元軟球碰撞模型對圓形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)顆?；旌咸匦?，包括混合界面的分形維、混合過程的信息熵特性等進行了分析研究。
　　 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三維小尺度帶埋管流化床進行了模擬研究，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兩維脈動流化床進行了模擬研究，研究了脈動流態(tài)化對氣固兩相作用力、床層壓降、顆粒脈動特性等的調(diào)制作用，并分析了脈動流

4、態(tài)化對顆粒-埋管碰撞特性的影響。最后，本文采用同樣的方法對局部氣流擾動對顆粒-埋管碰撞特性的影響進行了細致研究，分別對兩維少數(shù)埋管、兩維管排、三維側(cè)風等情形進行了研究，論證并揭示了局部氣流擾動對顆粒-埋管碰撞規(guī)律變動的機理。
　　 ㈢在旋轉(zhuǎn)射流的研究方面，首先采用直接模擬方法對氣相旋流的渦破裂現(xiàn)象進行了直接模擬研究，揭示了渦破裂區(qū)域流動標量的擬序振蕩特性。接著采用同樣的方法對氣相旋流的渦核三維結(jié)構(gòu)進行研究，揭示了不同旋流數(shù)下渦核

5、的拓撲結(jié)構(gòu)；并對旋流場的基本統(tǒng)計特性，包括平均速度分布、脈動速度分布曲線等進行了研究。然后，本文對氣固兩相旋流中顆粒受力特性、擴散及分布特性、擴散的影響因素等進行了系統(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散的分布形態(tài)及影響顆粒的擴散的主導因素等。最后，本文采用硬球模型-直接模擬耦合方法對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、碰撞對湍流的調(diào)制效應、湍流雷諾應力對