對(duì)于Oldroyd-B型黏彈性流體,本文應(yīng)用格子Boltzmann方法（LBM）,實(shí)現(xiàn)了流體在二維1:3擴(kuò)張流道及3:1收縮流道中流動(dòng)的數(shù)值模擬,獲得了黏彈性流體在擴(kuò)張和收縮流道中的流場(chǎng)分布.結(jié)合顆粒的受力和運(yùn)動(dòng)規(guī)則,基于點(diǎn)源顆粒模型,數(shù)值分析了顆粒在擴(kuò)張流和收縮流中的沉降過(guò)程和特征,討論了顆粒相對(duì)質(zhì)量和起始位置以及雷諾數(shù)Re和威森伯格數(shù)Wi對(duì)顆粒沉降特征的影響.結(jié)果表明,顆粒相對(duì)質(zhì)量和起始位置以及Re對(duì)顆粒沉降軌跡和落點(diǎn)影響較大,而Wi的影響則較小. 

【文章來(lái)源】：力學(xué)季刊. 2020,41(02)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

顆粒在不同雷諾(a)擴(kuò)張流中顆粒沉降軌跡(a)Particlesettlementtrajectoryinexpansionflow

rticlesettlementtrajectorywithdifferentM表2Re=3.0和Wi=0.3時(shí)不同M顆粒在擴(kuò)張流中沉降位置Tab.2ParticlesettlementpositionfordifferentMwithRe=3.0andWi=0.3inexpansionflowRelativemassM0.00050.00080.0010.0020.003Fallingpositionx/mm-164.544130.53864.22542.841表3Re=3.0和Wi=0.1時(shí)不同M顆粒在收縮流中沉降位置Tab.3ParticlesettlementpositionfordifferentMwithRe=3.0andWi=0.1incontractionflowRelativemassM0.00050.00080.0010.00110.00150.002Fallingpositionx/mm-155.484123.432113.50583.67062.947從圖3可以看到，隨著顆粒相對(duì)質(zhì)量的減小，在擴(kuò)張流和收縮流中顆粒沉降的落點(diǎn)越來(lái)越遠(yuǎn)．在擴(kuò)張流中，當(dāng)顆粒相對(duì)質(zhì)量較大時(shí)，顆粒沉降到入口段的壁上，如：M=0.002,0.003；當(dāng)顆粒相對(duì)質(zhì)量較小時(shí)，顆�？梢猿两档匠隹诙蔚谋谏希�(dāng)M=0.001時(shí)，顆粒剛好能夠進(jìn)入到出口段，當(dāng)M=0.0005時(shí)，顆粒將離開(kāi)出口段．在收縮流中，當(dāng)顆粒相對(duì)質(zhì)量較大時(shí)，如：M=0.002,0.0015，顆粒在出口前就沉降落到道壁；當(dāng)顆粒相對(duì)質(zhì)量M=0.001時(shí)才在出口段沉降，而當(dāng)顆粒相對(duì)質(zhì)量M=0.0005時(shí)，顆粒將從出口處離開(kāi)．在收縮流中，靠近收縮口部分的軌跡會(huì)出現(xiàn)向上走，這是因?yàn)榱黧w收縮現(xiàn)象引起的，流道的收縮會(huì)導(dǎo)致收縮處部分的流體有向上的速度，此速度大于顆粒在此部分的向下速度，所以顆粒有如圖3(b)中的向上流動(dòng)的軌跡．因此，實(shí)際工程中，為了催化劑顆粒能夠落到出口以外的位置，需要合理選擇顆粒的相對(duì)質(zhì)量．現(xiàn)取Re=3和Wi=0.3，在擴(kuò)張流中取M=0.001，而在收縮流中取M=0.0008，來(lái)考察分析顆粒的初始位置對(duì)顆粒在擴(kuò)張流道和收縮流道的落點(diǎn)情況的影響．圖4(a)是顆粒在黏彈性流體擴(kuò)張流中顆粒起始高度y0?

第2期李漢清，等：顆粒在黏彈性流體擴(kuò)張和收縮流中沉降的格子Boltzmann模擬分析325y0分別為51,61,71,81,86mm時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡．(a)擴(kuò)張流中顆粒沉降軌跡(b)收縮流中顆粒沉降軌跡(a)Particlesettlementtrajectoryinexpansionflow(b)Particlesettlementtrajectoryincontractionflow圖4不同起始高度y0顆粒沉降軌跡Fig.4Particlesettlementtrajectoryfordifferenty0圖4表明，顆粒沉降的落點(diǎn)會(huì)隨著顆粒起始位置y0的增加而越來(lái)越遠(yuǎn)．在擴(kuò)張流中，當(dāng)y0=61mm時(shí)，顆粒落點(diǎn)才進(jìn)入擴(kuò)張流道的后半段；當(dāng)y0>61mm時(shí)，顆粒沉降過(guò)程會(huì)受到左下角渦的影響，且越靠近其軌跡曲線越陡峭．在收縮流中，當(dāng)y0=61mm時(shí)，顆粒落點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)入收縮流道的后半段，越靠上受到流體收縮的影響越小，軌跡曲線彎曲得越平緩．另外，在擴(kuò)張流中，起始高度y0=51,56,61,66,71mm時(shí)，相對(duì)應(yīng)的顆粒落點(diǎn)位置分別為x=40.059,81.416,130.538,180.519,224.140mm;在收縮流中，起始高度y0=51,61,71,81mm時(shí)，相對(duì)應(yīng)的顆粒落點(diǎn)位置分別為x=116.801,155.484,197.628,239.030mm.取Re=1和y0=61，在擴(kuò)張流中取M=0.0003，同樣在收縮流中取M=0.0008，來(lái)考察Wi數(shù)對(duì)顆粒在擴(kuò)張流道和收縮流道的落點(diǎn)情況的影響．圖5(a)和圖6(a)分別是在黏彈性擴(kuò)張流和黏彈性收縮流中Wi=0.3,0.6,0.9,1.2時(shí)顆粒的沉降軌跡，圖5(b)和圖6(b)分別為對(duì)應(yīng)段的放大圖．由圖5和圖6可知，隨著Wi的增大，顆粒在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡總體比較接近；在黏彈性擴(kuò)張流中，顆粒的落點(diǎn)位置大約在x=139.4~141mm之間；在黏彈性收縮流中，顆粒的落點(diǎn)位置大約在x=52.84~52.94mm之間．這表明Wi的改變對(duì)?


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