管內(nèi)的固體物沉積在氣相運(yùn)輸中是一個(gè)重要的工業(yè)現(xiàn)象。氣流中含有的顆粒由于重力、慣性和氣流湍動(dòng)等作用,容易與壁面發(fā)生碰撞,從而從氣體中分離出來(lái),造成管道堵塞等危害,因此研究顆粒的粘附特征對(duì)學(xué)術(shù)和工程指導(dǎo)具有重大的意義。本文對(duì)0.01~50μm的顆粒粘附特征進(jìn)行數(shù)值模擬,采用方形粗糙元近似地模擬粗糙壁面,選擇湍流的雷諾應(yīng)力模型結(jié)合雙層模型模擬圓管內(nèi)的流場(chǎng)分布及近壁區(qū)域的湍流變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),規(guī)則的方形粗糙元使近壁面區(qū)域流場(chǎng)呈波浪形變化,近壁處的湍動(dòng)能隨粗糙度的增大而增大,相鄰粗糙元之間產(chǎn)生很大的漩渦。采用DEM方法研究了顆粒入射參數(shù)對(duì)碰撞特征的影響,發(fā)現(xiàn)了摩擦系數(shù)與入射角的關(guān)系,并擬合出了摩擦系數(shù)曲線。采用隨機(jī)軌道模型考察顆粒的運(yùn)動(dòng)情況,探討了壁面特性、重力、氣流速度對(duì)顆粒沉積情況的影響,并采用POD方法對(duì)顆粒的沉積速率進(jìn)行快速預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,粗糙度對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了很大的影響,顆粒大多與壁面碰撞從而發(fā)生粘附或反彈,但僅對(duì)小顆粒的沉積速率影響明顯;影響顆粒沉積速率的因素主要有重力,慣性,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和壁面的反彈作用;當(dāng)粒徑大于10μm時(shí),沉積速率隨氣流速度的增大而減小,壁面的反彈是沉積速率減小的主... 

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬概述
        1.2.1 氣相湍流模型概述
        1.2.2 顆粒相模擬模型概述
        1.2.3 顆粒壁面沉積研究現(xiàn)狀
    1.3 研究?jī)?nèi)容
第二章 氣體-顆粒壁面沉積的數(shù)學(xué)模型介紹
    2.1 氣相湍流模型
        2.1.1 氣相控制方程
        2.1.2 近壁處理模型
    2.2 顆粒相受力分析及控制方程
        2.2.1 顆粒相受力分析
        2.2.2 顆粒相控制方程及求解方法
        2.2.3 隨機(jī)軌道模型
    2.3 本章小結(jié)
第三章 顆粒與壁面的碰撞特性
    3.1 碰撞模型綜述
    3.2 碰撞物理模型
    3.3 離散元方法(DEM)
        3.3.1 基本控制方程
        3.3.2 程序驗(yàn)證
    3.4 顆粒與壁面的碰撞特性
        3.4.1 入射角與反射角關(guān)系特性
        3.4.2 接觸時(shí)間特性
        3.4.3 速度恢復(fù)系數(shù)特性
        3.4.4 臨界速度特性
    3.5 本章小結(jié)
第四章 粗糙管內(nèi)微細(xì)顆粒粘附特征研究
    4.1 物理模型及簡(jiǎn)化
    4.2 網(wǎng)格劃分及數(shù)值計(jì)算方法
        4.2.1 網(wǎng)格劃分
        4.2.2 數(shù)值計(jì)算方法
        4.2.3 邊界條件
        4.2.4 網(wǎng)格獨(dú)立性考核
    4.3 流場(chǎng)模擬結(jié)果及分析
        4.3.1 速度場(chǎng)分布
        4.3.2 雷諾應(yīng)力分析
        4.3.3 湍動(dòng)能結(jié)構(gòu)分析
    4.4 顆粒軌跡模擬結(jié)果
    4.5 顆粒沉積速率模擬結(jié)果
        4.5.1 壁面位置對(duì)沉積速率的影響
        4.5.2 重力對(duì)沉積速率的影響
        4.5.3 有效表面能對(duì)沉積速率的影響
        4.5.4 有效彈性模量對(duì)沉積速率的影響
        4.5.5 氣流速度對(duì)沉積速率的影響
        4.5.6 壁面粗糙度對(duì)沉積速率的影響
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于POD方法的微細(xì)顆粒沉積預(yù)測(cè)
    5.1 POD方法綜述
    5.2 最佳正交分解(POD)
    5.3 管內(nèi)流場(chǎng)預(yù)測(cè)
        5.3.1 樣本采集
        5.3.2 POD基函數(shù)
        5.3.3 POD系數(shù)
        5.3.4 POD插值
    5.4 管內(nèi)沉積預(yù)測(cè)
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]室內(nèi)細(xì)顆粒物碰撞模型及碰撞結(jié)果討論[J]. 王秀娟,李燦.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2016(07)
[2]旋流燃燒器數(shù)值模擬中Realizable κ-ε和RSM模型的比較[J]. 崔凱,張海,王衛(wèi)良,吳玉新,楊海瑞,呂俊復(fù).  工程熱物理學(xué)報(bào). 2012(11)
[3]基于POD的埋地?zé)嵊凸艿劳］斣賳?dòng)模擬高效算法[J]. 張勁軍,張文軻,宇波.  石油學(xué)報(bào). 2011(01)
[4]壁面粗糙度對(duì)微通道流動(dòng)影響的數(shù)值模擬研究[J]. 范小苗,張鴻雁.  西安航空技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào). 2007(05)
[5]隨機(jī)軌道模型在噴管兩相流計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 劉靜,徐旭.  固體火箭技術(shù). 2006(05)
[6]三維流固兩相流的顆粒群軌道柔性模型[J]. 王安麟,邵萌,梁波,馬立新.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2005(05)
[7]流體-固體兩相流的數(shù)值模擬[J]. 張政,謝灼利.  化工學(xué)報(bào). 2001(01)
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[9]氣流中顆粒阻力系數(shù)和升力系數(shù)討論[J]. 楊保.  中國(guó)沙漠. 1998(01)
[10]在脈動(dòng)氣流中煤粉顆粒群運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力系數(shù)的數(shù)值計(jì)算[J]. 樊建人,岑可法.  浙江大學(xué)學(xué)報(bào). 1986(06)

碩士論文
[1]基于微粒沉降的湍流管流內(nèi)近壁流場(chǎng)的研究[D]. 姜玲玲.北京交通大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3672606