自驱动颗粒及柱状颗粒两相流体动力学特性研究

发布时间：2024-06-07 18:33

　　颗粒悬浮流广泛存在于自然界和工业过程中。本文采用数值方法,对牛顿和非牛顿流体中颗粒的动力学特性和运动学行为做了三个方面的研究工作。第一个方面包括两个小的研究点。其一是提出了 一种结合格子Boltzmann-浸没边界法和奇点分布法的简单自驱动模型。主要研究了该模型在二维槽道牛顿流体中平移和旋转时对整个流场速度分布的影响。发现了自驱动颗粒诱导的流场速度分布偏离麦克斯韦分布,其运动速度强烈依赖于奇点的布置位置。其二是研究了牛顿流体中单个旋子与被动颗粒在两种典型Reynolds数下方腔内的水动力相互作用。结果表明,两粒子系统中被动颗粒与旋子的相对位置在较低Reynolds数下呈现出周期性振荡,且被动颗粒逐渐远离旋子,被动颗粒的振荡幅度和频率与这两者的相对位置以及旋子的转动频率有关。而三粒子系统在较低的Reynolds数下除了微小的振荡外还存在较大的振荡周期,在相对较高Reynolds数下较大振荡周期则消失。被动颗粒的夹角在两种典型Reynolds数下表现出不同的变化特征,在较低Reynolds数下夹角的变化与两个粒子的初始位置有关,而在较高Reynolds数下夹角最终趋于常数。第二个方面是利用...

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２扁纤毛虫羈的纤毛和节奏波膜（ａ）示意图，（ｂ）俯视，１?（Ｓｌｅｉｇｈ，?１９６２）??

纤毛拍动的方向和波传播的方向一致）的微生物建模成立，他们将该模型的物形??设定为球形，一方面是由于球形便于计算，另一方面也由于低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数下物??形对其水动力特性的影响并不十分显著。图１．２为扁纤毛虫覊的纤毛和节奏波示??意Ｓ。下面进行Ｓｑｕｉｒｍｅｒ游动模型的数学表ｉｔ....

图２．２固体边界和流体点的插ｚ直过程（灰色区域表示固体内部，坐标的单位等??

?（２．２１）??Ａｔ??式中Ｕｒｆ（ｒ，〇根据刚体运动规则求得。如图２．１所示，在点Ｘｉ处，Ｕｒｆ（Ｘ＊，?〇等于??刚体的平动速度加上转动速度。ｉｒ（ｘ６，?〇为由边界周围流体速度插值出来的＆??处的速度，由下式求得：??Ｕ＊（Ｘｂ，〇?＝?Ｘ＾（Ｘｆ?－Ｘｂ）?？＊（Ｘｆ?....

图２．５周期性边界条件??

对于某个方向无穷大的流动，有时要用到周期性边界条件。在ＬＢＭ中也类??似，假定流体粒子从一个出口边界离开流场时，在下一时间步就从另一侧进口边??界重新进入流场。如图２．５所示，模拟流场区域实际的流场节点为ｘ＝ｌ？１￣？，??在上下左右边界都往外延伸了一个虚拟的网格间距，周期性边界....

图３．?ｉ单个旋子在槽道中产生的流线和Ｓｔｏｋｅｓ单元??

第３草牛顿流体中自驱动颗粒的动力学特性??子以恒定角速度Ｇ在二维槽道牛顿不可压缩流体中旋转，并与已有计算结杲倣??了比较。如图３．１所示，流向采用周期性边界条件，槽高＿ｙＳ８ｔｙＡ－（ｚｌｘ是格子宽??度），颗粒半径穴为２０」ｘ。很明昆，在低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数流动时，如果旋子位于....

本文编号：3990929