差异旋转运动中惯性力作用的数值模拟
发布时间：2018-05-13 12:47
本文选题：DPM模型 + 固体单颗粒 ； 参考：《新疆农业大学》2014年硕士论文
【摘要】：本文根据物理模型试验建立适宜的数学模型，对旋转圆筒液流、双筒同心液流内固体单颗粒运动进行数值模型。使用GAMBIT13.0建立二维模型，运用流体力学计算软件ANSYS FLUENT建立数学模型，采用DPM离散相模型捕获单颗粒的运动轨迹，计算出颗粒在不同位置的速度，分析单颗粒在旋转水流体系中的运动特性和受力规律。得到以下主要结论： （1）研究单颗粒在圆筒旋转液流中的运动，通过各种模型对比分析，DPM较其他模型更为适于此类问题的研究，开启DPM模型，跟踪单颗粒的运动轨迹，并逐步保存各个时间单颗粒的速度参量。对泰勒涡胞试验中单颗粒的运动特性进行模拟时采用了滑移网格，增加了计算的精确性。 （2）运用DPM模型对圆筒旋转水流中单颗粒运动特性进行数值模拟，对单颗粒受力进行分析可知旋转体系中水流速度越大，单颗粒发生离心运动趋势越快越明显。单颗粒在匀速旋转圆筒旋转水流中运动时，单颗粒做离心运动，转速越大，，离心力和差异旋转惯性力越大，当转速为ω10r/min时，单颗粒所受差异旋转惯性力在数值均为F≥0.1×10-6N，离心力比差异旋转惯性力大一个数量级；当ω≤10r/min时，其所受差异旋转惯性力F≤0.1×10-6N，离心力与差异旋转惯性力在数值上在同一个数量级。单颗粒在先匀速旋转在静止的圆筒旋转水流中运动时，当圆筒先旋转再静止时，单颗粒做向心运动，初始转速为10r/min≤ω㩳15.20r/min时，其所受离心力和差异旋转惯性力在数值上均为F≤10.1×10-6N，离心力与差异旋转惯性力方向相反，当圆筒初始转速ω≥15.20r/min时，差异旋转惯性力在数值上F≥1.0×10-6N，离心力比差异旋转惯性力小一个数量级。 （3）运用滑移网格在DPM模型中模拟同心双筒旋转水流中单颗粒的运动，可以描述单颗粒在旋转水流中的运动情况。单颗粒在同心双筒旋转水流中运动时，当16r/min≤ω≤30r/min时，离心力与差异旋转惯性力在数值上在同一个数量级，在数值上差异旋转惯性力均F≤1.0×10-6N，而当ω≥30r/min时，离心力比差异旋转惯性力大一个数量级。当单颗粒在同心双筒旋转水流先旋转再静止的情况下运动时，单颗粒做向心运动，内筒初始转速越大，离心力和差异旋转惯性力越大，当内筒初始转速ω≥30r/min时，其所受差异旋转惯性力在数值上均为F≥1.0×10-6N，离心力与差异旋转惯性力在同一数量级，当16r/min≤ω≤30r/min时，离心力比差异旋转惯性力在数值上小一个数量级，二者大小均为F≤1.0×10-6N。当差异旋转惯性力在数值上小于离心力且二者方向相同时，单颗粒做离心运动。当差异旋转惯性力在数值上大于离心力且二者方向相反时，单颗粒做向心运动。
[Abstract]:In this paper, a suitable mathematical model is established based on the physical model test, and a numerical model for the movement of solid single particles in a rotating cylinder and a double-cylinder concentric liquid flow is presented. The two-dimensional model is built by GAMBIT13.0, the mathematical model is established by ANSYS FLUENT, the discrete phase model of DPM is used to capture the moving track of single particle, and the velocity of particle in different position is calculated. The motion characteristics and force law of single particle in rotating flow system are analyzed. The main conclusions are as follows: 1) to study the motion of single particle in cylindrical rotating liquid flow. By comparing and analyzing the model, it is more suitable to study this kind of problem than other models. The DPM model is opened and the track of single particle is followed. The velocity parameters of single particle at each time are preserved step by step. The sliding mesh is used to simulate the motion characteristics of a single particle in Taylor vortex cell test, which increases the accuracy of the calculation. 2) using DPM model to simulate the movement characteristics of single particle in cylinder rotating flow. The analysis of single particle force shows that the faster the velocity of flow in rotating system is, the more obvious the centrifugal movement of single particle is. When a single particle moves in constant rotating cylinder flow, the centrifugal force and differential inertia force increase with the increase of rotating speed. When the rotational speed is 蠅 10r/min, The differential rotational inertia force of single particle is F 鈮
本文编号：1883209
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