發(fā)布時間：2021-04-20 07:28

　　在管道泊肅葉流動里,懸浮顆粒與流動相互作用,會由于流體慣性力作用導致顆粒有序遷移和聚集現(xiàn)象,從而自動實現(xiàn)顆粒的分離、移除或者處理。在當前快速發(fā)展的微流控領(lǐng)域里,利用顆粒的慣性聚集行為可以實現(xiàn)低成本、高效率的顆粒被動篩分技術(shù),具有廣闊的應用前景。顆粒在管道中的輸運屬于多相流動,除了在極小雷諾數(shù)下將慣性作用線性化后能夠利用漸近展開法得到近似解,對于工程應用中有限雷諾數(shù)下的顆粒輸運問題目前還沒有理論解。另外,實驗觀察難以獲得顆粒和流場全時空的物理信息。得益于計算機技術(shù)和數(shù)值方法的快速發(fā)展,近年來各類數(shù)值方法已經(jīng)被用來研究慣性遷移,并取得了一定進展。本文采用格子玻爾茲曼方法,對中性懸浮球形顆粒在不同壁面幾何形狀的管道中的輸運過程進行直接數(shù)值模擬,獲得流場和顆粒的全時空信息。本論文的特色是系統(tǒng)模擬和比較單顆粒、雙顆粒和多顆粒在圓管、槽道、方管和矩形管中的輸運過程,從而從應用角度更全面地理解顆粒慣性遷移的流體力學機理。本文首先研究了單顆粒在不同壁面形狀、雷諾數(shù)、顆粒尺寸中的慣性遷移特點。其次對雙顆粒在管道流動中的相互影響進行研究,發(fā)現(xiàn)在平衡位置的平面內(nèi),雙顆粒由于顆粒尾流而發(fā)生的橫向遷移后對齊成鏈... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)外文獻綜述的簡析
    1.3 課題主要研究內(nèi)容
第2章 數(shù)值模擬方法介紹
    2.1 格子玻爾茲曼方法
    2.2 管道邊界條件處理
        2.2.1 管道進出口周期性邊界條件
        2.2.2 壁面無滑移邊界條件
    2.3 顆粒相解析處理
        2.3.1 顆粒表面邊界條件處理
        2.3.2 顆粒作用力處理
    2.4 程序框架與并行策略
    2.5 本章小結(jié)
第3章 數(shù)值方法驗證
    3.1 單相流動模擬驗證
        3.1.1 二維泊肅葉流動的對比驗證
        3.1.2 三維泊肅葉流動的對比驗證
    3.2 圓管中單個顆粒遷移的對比驗證
    3.3 本章小結(jié)
第4章 單顆粒慣性遷移數(shù)值研究
    4.1 單顆粒慣性遷移的重要參數(shù)
    4.2 二維泊肅葉流動中的顆粒運動信息
    4.3 單顆粒遷移過程的物理圖像分析
    4.4 單顆粒在矩形管中的慣性遷移研究
        4.4.1 矩形管中顆粒的特殊遷移現(xiàn)象
        4.4.2 矩形管中顆粒遷移過程的物理圖像
    4.5 旋轉(zhuǎn)角速度對顆粒慣性遷移的影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 多顆粒在管道流動中的數(shù)值研究
    5.1 雙顆粒的對齊現(xiàn)象
        5.1.1 雙顆粒在槽道流動中的相互作用
        5.1.2 雙顆粒在方管流動中的相互作用
    5.2 圓管中多顆粒成鏈條機理
    5.3 矩形管中多顆粒成鏈條機理
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
致謝



本文編號：3149254