顆粒懸浮流廣泛存在于自然界和工業(yè)過程中。本文采用數(shù)值方法,對牛頓和非牛頓流體中顆粒的動力學特性和運動學行為做了三個方面的研究工作。第一個方面包括兩個小的研究點。其一是提出了 一種結合格子Boltzmann-浸沒邊界法和奇點分布法的簡單自驅動模型。主要研究了該模型在二維槽道牛頓流體中平移和旋轉時對整個流場速度分布的影響。發(fā)現(xiàn)了自驅動顆粒誘導的流場速度分布偏離麥克斯韋分布,其運動速度強烈依賴于奇點的布置位置。其二是研究了牛頓流體中單個旋子與被動顆粒在兩種典型Reynolds數(shù)下方腔內的水動力相互作用。結果表明,兩粒子系統(tǒng)中被動顆粒與旋子的相對位置在較低Reynolds數(shù)下呈現(xiàn)出周期性振蕩,且被動顆粒逐漸遠離旋子,被動顆粒的振蕩幅度和頻率與這兩者的相對位置以及旋子的轉動頻率有關。而三粒子系統(tǒng)在較低的Reynolds數(shù)下除了微小的振蕩外還存在較大的振蕩周期,在相對較高Reynolds數(shù)下較大振蕩周期則消失。被動顆粒的夾角在兩種典型Reynolds數(shù)下表現(xiàn)出不同的變化特征,在較低Reynolds數(shù)下夾角的變化與兩個粒子的初始位置有關,而在較高Reynolds數(shù)下夾角最終趨于常數(shù)。第二個方面是利用...

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２扁纖毛蟲羈的纖毛和節(jié)奏波膜（ａ）示意圖，（ｂ）俯視，１?（Ｓｌｅｉｇｈ，?１９６２）??

纖毛拍動的方向和波傳播的方向一致）的微生物建模成立，他們將該模型的物形??設定為球形，一方面是由于球形便于計算，另一方面也由于低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ數(shù)下物??形對其水動力特性的影響并不十分顯著。圖１．２為扁纖毛蟲覊的纖毛和節(jié)奏波示??意Ｓ。下面進行Ｓｑｕｉｒｍｅｒ游動模型的數(shù)學表ｉｔ....

圖２．２固體邊界和流體點的插ｚ直過程（灰色區(qū)域表示固體內部，坐標的單位等??

?（２．２１）??Ａｔ??式中Ｕｒｆ（ｒ，〇根據(jù)剛體運動規(guī)則求得。如圖２．１所示，在點Ｘｉ處，Ｕｒｆ（Ｘ＊，?〇等于??剛體的平動速度加上轉動速度。ｉｒ（ｘ６，?〇為由邊界周圍流體速度插值出來的＆??處的速度，由下式求得：??Ｕ＊（Ｘｂ，〇?＝?Ｘ＾（Ｘｆ?－Ｘｂ）?？＊（Ｘｆ?....

圖２．５周期性邊界條件??

對于某個方向無窮大的流動，有時要用到周期性邊界條件。在ＬＢＭ中也類??似，假定流體粒子從一個出口邊界離開流場時，在下一時間步就從另一側進口邊??界重新進入流場。如圖２．５所示，模擬流場區(qū)域實際的流場節(jié)點為ｘ＝ｌ？１￣？，??在上下左右邊界都往外延伸了一個虛擬的網(wǎng)格間距，周期性邊界....

圖３．?ｉ單個旋子在槽道中產(chǎn)生的流線和Ｓｔｏｋｅｓ單元??

第３草牛頓流體中自驅動顆粒的動力學特性??子以恒定角速度Ｇ在二維槽道牛頓不可壓縮流體中旋轉，并與已有計算結杲倣??了比較。如圖３．１所示，流向采用周期性邊界條件，槽高＿ｙＳ８ｔｙＡ－（ｚｌｘ是格子寬??度），顆粒半徑穴為２０」ｘ。很明昆，在低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ數(shù)流動時，如果旋子位于....

本文編號：3990929