基于CFD-DEM耦合的粗糙壁面颗粒趋壁沉积特性数值模拟

发布时间：2025-06-21 05:17

　　细微颗粒物在日常生活和生产中普遍存在。当带有细微颗粒物的气流在流经某一壁面时,颗粒会由于受到近壁面的湍流结构、颗粒与壁面的相互作用和壁面材质等因素使部分颗粒发生沉积。由于加工问题,在工程实际中不存在绝对光滑的表面,本文通过在壁面布置横肋结构来简化粗糙壁面,粗糙结构的存在使壁面附近流场受到扰动,产生一系列湍流漩涡,使流场变得更为复杂,并且颗粒与颗粒、壁面碰撞、反弹和颗粒团聚行为使颗粒沉积过程尚不明确。因此,有必要对粗糙壁面颗粒趋壁沉积行为进行深入研究。本文采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)—离散单元法(Discrete Element Method,DEM)耦合方法分别对粗糙壁面单分散颗粒和多分散颗粒沉积行为进行研究,考虑了颗粒间碰撞、反弹和黏附作用,探索了粗糙结构、壁面材质、颗粒质量浓度和入口风速对颗粒沉积特性的影响,从颗粒运动轨迹、碰撞力、粘附力、耦合力和碰撞角角度揭示颗粒沉积机理,并且将模拟结果与实验数据进行了对比验证。粗糙壁面单分散颗粒沉积特性的模拟结果表明,在涡扩散碰撞区,由于粗糙结构的拦截、湍流涡的卷吸和颗粒-壁面的粘附作用,使...

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２近年来粗糙壁面颗粒沉积的研宄情况??本课题研宄得到“国家自然科学基金项目（Ｎｏ．?５１７７６０３２）?”的资助，对三维底面布置??矩形横肋的粗糙壁面颗粒趋壁沉积行为进行模拟研宄，综合考虑颗粒－颗粒和颗粒－壁面间??作用力（碰撞、反弹和黏附）、壁面材质、风速和颗粒质量浓度对颗粒沉积行为的影响，??

存在气孔、裂纹和变形等??缺陷，管道表面并不绝对光滑，很多学者采用布置周期性粗糙结构来简化壁面，周期性粗??糙结构模型凭借数学公式简单，计算量小的特点在粗糙壁面建模上得到广泛应用［６］。粗糙??结构的存在使壁面附近产生一系列湍流漩涡，增加了壁面附近气流的扰动，壁面边界层厚??度发....

图２－１颗粒受力示意图??根据拉格朗日轨道追踪法求解颗粒运动方程得到其运动轨迹，颗粒运动满足牛顿第二??定律，平衡方程为：??

，Ｇ，Ｃ２是经验常数，分别为１．０，１．８和０．６??２．２颗粒相模型??颗粒在粗糙流道的趋壁沉积包括在流场中的运动、与粗糖壁面接触粘附或反弹，沿粗??糙壁面滑动三个过程，主要受接触力（碰撞力和接触粘附力）、非接触力（非接触粘附力）、??流体对颗粒的作用（曳力、Ｓａｆｆｍａｎ升力....

图２－２颗粒间碰撞粘附和反弹情况??颗粒间碰撞接触力的计算分为线性计算模型和非线性计算模型，当颗粒材料为粘弹性??

东北电力大学工学硕士学位论文??（１）碰撞力??颗粒－颗粒和颗粒－壁面接触碰撞会发生粘附或反弹现象，如图２－２所示。本文虽然选??用颗粒的软球模型，但是在离散单元法中，并不追踪颗粒的形状变化［４８】（即颗粒碰撞之后??不发生形变），颗粒的受力根据计算颗粒接触面的中心重叠量得到，当....

图２－３颗粒法向碰撞模型表征图??２．４气固两相耦合数值算法??

撞作用对颗粒运动行为影响??较大，尤其是颗粒与壁面相互作用较为显著。在气固两相流中颗粒的碰撞分为硬球碰撞模??型和软球碰撞模型，在硬球碰撞模型中，颗粒－颗粒和颗粒－壁面碰撞是瞬间发生的，基本??不发生塑性变形，不能考虑三个及以上颗粒间的碰撞问题；而在软球碰撞模型中，可以模??拟同....

本文编号：4051969