气固流化床内流动特性和颗粒曳力的直接数值模拟研究

发布时间：2024-03-28 03:49

　　气固流化床内的流动是典型的稠密气固两相流动,准确求解颗粒与流体之间的四向耦合作用是模拟这类流动的关键。直接数值模拟由于直接求解亚颗粒尺度上的流体瞬时运动控制方程,并且通过颗粒表面的无滑移速度边界条件考虑相间的耦合作用,所以具有较高的计算精度,适合被用来研究气固流化床内的微观流动机理,以及将它得到的结果作为基准数据用来检验或改进传统的双流体方法和计算流体力学耦合离散单元方法中采用的宏观模型。本文针对原有的多重直接力内嵌边界方法中存在颗粒的有效水力直径大于颗粒的真实直径的问题,基于拉格朗日力点内缩策略改进了内嵌边界方法。新方法可根据颗粒雷诺数和计算网格尺寸动态地修正流场内每个颗粒的有效水力直径,这既可以提高颗粒曳力计算的准确性,又可以改善颗粒周围流场的模拟。同时,新方法还具有良好的网格无关性能,这为大规模颗粒流系统的准确模拟奠定了坚实的基础。随后,新的内嵌边界方法又被加入了完整的软球碰撞模型以模拟颗粒碰撞过程,加入了多分散颗粒模拟策略以模拟不同尺寸的颗粒之间的相互作用。以上方法/策略都经过了多个算例的计算验证。应用改进和拓展后的内嵌边界方法,本文对小尺度浅层鼓泡床和深层鼓泡床内的颗粒流动特...

【文章页数】：199 页

【部分图文】：

图１．１气固两相流分类及相间相互作用情况（ＶａｎｄｅｒＨｏｅｆｅｔａｌ．，２００６）??

大学博士学位论文?１变得频繁，颗粒碰撞会显著地影响颗粒运动，因此除了考虑气流与颗粒向耦合外还要考虑颗粒与颗粒之间的相互作用（四向輻合，ｆｏｕｒ－ｗａｙ?ｃｏｕｐａｎｄｅｒＨｏｅｆｅｔａｌ．，２００６；王则力，２０１０；房明明，２０１３；杨世亮，２０１４）Ｏｎｅ－ｗａｙ?ｃｘＨｊｐ....

图１．３多尺度模拟策略中的主要数值方法的求解尺度示意图（Ｄｅｅｎ＆Ｋｕｉｐｅｒｓ，??

?ｅｑｕａｔｉｏｎ?ａｐｐｒｏａｃｈ?ｔｏ??ｐｅｒｆｏｒｍ?ｄｅｖｉｃｅ－ｓｃａｌｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ??图１．２稠密气固两相流系统的多尺度特性（Ｔｅｎｎｅｔｉ＆Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｍ，２０１４）??表Ｕ多尺度模拟策略中的主要数值方法及其特点（ＶａｎｄｅｒＨｏｅｆｅｔａ....

图１．２稠密气固两相流系统的多尺度特性（Ｔｅｎｎｅｔｉ＆Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｍ，２０１４）??

（ａ）?ＴＦＭ?（ｂ）?ＣＦＤ－ＤＥＭ?（ｃ）?ＤＮＳ??图１．３多尺度模拟策略中的主要数值方法的求解尺度示意图（Ｄｅｅｎ＆Ｋｕｉｐｅｒｓ，??２０１３）??４??

图２．１本文采用的流场并行算法的一维示意图??

各个子区域之间的数据交换采用ＭＰＩ通信函数（Ｇｒｏｐｐｅｔａｌ．，１９９９）来处??理。??为便于说明，现将三维问题降维到如图２．１所示的一维情况。假设子区域１??与子区域２在物理空间上相邻。根据２．１．２节介绍的离散格式，子区域２内的１？３??号网格点在其区域内属于边界点，在求....

本文编号：3940956