本文關鍵詞：基于并行虛擬區(qū)域方法的顆粒懸浮流直接數值模擬研究

  更多相關文章： 顆粒懸浮流 直接數值模擬 虛擬區(qū)域法 并行 湍槽流 方管湍流

【摘要】：顆粒懸浮流動廣泛存在于自然界和工農業(yè)生產當中,深入研究其流動機理,一方面可以幫助人們增進對自然界的認識,同時也可以為相關工農業(yè)生產提供理論指導。對于顆粒懸浮流動的研究,一直是流體力學中的一個研究熱點,但是由于兩相流動的復雜性,至今對其中顆粒和湍流的相互作用規(guī)律知之甚少。近年來發(fā)展起來的直接數值模擬方法原理上能夠精確計算所有顆粒上的流體作用力,是研究顆粒和湍流相互作用機理的有力工具,也得到越來越多的研究者的關注。但是直接數值模擬的計算量非常大,傳統的串行計算已經很難滿足其需求。本論文研究目的是實現直接數值模擬方法之一的虛擬區(qū)域法的并行計算,并采用該并行方法揭示槽流和方管流中顆粒和湍流的部分相互作用機理。對于虛擬區(qū)域方法的并行實現,本文基于固定的均勻網格,采用區(qū)域分解作為并行策略。分解后的流動子問題采用多重網格法迭代求解,顆粒子問題通過引入鏈表數據結構實現顆粒信息的數據交換,驗證算例表明新的并行虛擬區(qū)域方法具有很高的并行效率。對于槽道中的顆粒懸浮流動問題,本文首先研究了有限體積球形顆粒的慣性(密度)對湍流調制的影響。結果表明,在本文所研究的參數范圍(p=1-1042)之內,隨著顆粒密度的增加,流動的阻力先增加后減少。在大密度的條件下,流動的發(fā)展階段可以觀察到明顯的減阻現象。同時,大密度的顆粒明顯削弱了槽道中間區(qū)域的湍流強度以及大尺度的發(fā)夾渦。其次,本文研究了不同長寬比的橢球形顆粒對湍槽流的影響。結果表明,在本文所研究的參數范圍之內,橢球形顆粒對湍流的影響與同體積的球形顆�；疽恢隆１M管結果沒有顯示橢球形顆粒的減阻效應,但是流動阻力隨顆粒長寬比增加而減少。對于方管中的顆粒懸浮流動問題,本文首先研究了不同體積分數下中性懸浮顆粒對方管湍流的影響。結果表明,隨著顆粒體積分數的增加,方管的平均二次流得到增強,且其中心位置向方管橫截面中心靠近。通過對平均渦量方程的分析表明,顆粒增強了壁面附近的雷諾法向應力差,從而導致了平均二次流的增強。同時,顆粒減少了流體的流量以及湍動能。另外,在方管角落區(qū)域,可以觀察到顆粒聚集的現象。這一現象可能與顆粒湍泳(turbophoresis)以及平均二次流相關。其次,本文還研究了顆粒沉降情況下方管湍流的變化。結果表明,在顆粒沉降方向上,平均二次流的對稱性消失,最底層的渦由于受顆粒沉積層阻礙而削弱,之上第二和第四個渦得到增強并相連合并,導致形成沿方管截面中心線而下,沿兩側壁面而上的更大尺度環(huán)流。該環(huán)流較強影響了流向平均速度的分布,導致最大速度出現在下半管道。最后,顆粒沉積聚集在方管底部中間區(qū)域以及兩邊的角落。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O35

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 羅坤;樊建人;岑可法;;旋流噴霧燃燒的直接數值模擬[J];工程熱物理學報;2010年12期

2 李新亮,傅德薰,馬延文;可壓縮均勻各向同性湍流的直接數值模擬[J];中國科學(A輯);2002年08期

3 陳斌,T.Kawamura,Y.Kodama;靜止水中單個上升氣泡的直接數值模擬[J];工程熱物理學報;2005年06期

4 陳斌;;高粘度流體中上升氣泡的直接數值模擬[J];工程熱物理學報;2006年02期

5 邱劍;顧兆林;;利用高階分區(qū)并行算法實現直接數值模擬[J];計算力學學報;2008年01期

6 劉亞明;易超;柳朝暉;鄭楚光;;慣性顆粒所見被動標量統計特性的直接數值模擬研究[J];工程熱物理學報;2011年03期

7 李德波;樊建人;易富興;盧樹強;岑可法;;可壓縮顆粒圓孔射流并行直接數值模擬算法研究[J];工程熱物理學報;2011年08期

8 周曉蘭;劉財喜;董宇紅;;平板電解槽內電解質湍流運動和傳質的直接數值模擬(英文)[J];計算物理;2013年01期

9 胡晶晶;韋安陽;羅坤;樊建人;;煤灰對圓管磨損及傳熱耦合的直接數值模擬[J];工程熱物理學報;2013年04期

10 王為國,莊逢甘,忻鼎定;平行渦管三維合并的直接數值模擬[J];力學學報;1998年01期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 邵雪明;林建忠;余釗圣;;魚類波動推進的直接數值模擬[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

2 邵雪明;余釗圣;;帶熱傳遞粒子流的直接數值模擬[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

3 陳暉;李勝才;左志剛;;空泡群動態(tài)響應的直接數值模擬與分析[A];第九屆全國水動力學學術會議暨第二十二屆全國水動力學研討會論文集[C];2009年

4 熊勤鋼;李博;葛蔚;李靜海;;氣固懸浮系統的直接數值模擬和計算規(guī)模對體系統計特性的影響[A];中國顆粒學會第六屆學術年會暨海峽兩岸顆粒技術研討會論文集（下）[C];2008年

5 李新亮;傅德薰;馬延文;;可壓縮衰減湍流的直接數值模擬[A];計算流體力學研究進展——第十一屆全國計算流體力學會議論文集[C];2002年

6 于明州;;納米顆粒凝并過程兩相湍流矩方法直接數值模擬[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

7 吳丹;栗晶;柳朝暉;鄭楚光;;三維圓湍對撞流直接數值模擬[A];第七屆全國流體力學學術會議論文摘要集[C];2012年

8 于明州;;均勻各向同性納米顆粒兩相湍流矩方法直接數值模擬[A];多相流與非牛頓流暨第八屆全國多相流與非牛頓流學術研討會論文集[C];2012年

9 由長福;仇軼;祁海鷹;徐旭常;;多顆粒系統的無網格法直接數值模擬[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

10 王麗麗;楊玟;張樹道;昝文濤;;RM混合的數值模擬和工程模型研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

中國博士學位論文全文數據庫 前6條

1 林昭武;基于并行虛擬區(qū)域方法的顆粒懸浮流直接數值模擬研究[D];浙江大學;2016年

2 劉愷;亞顆粒尺度多相燃燒直接數值模擬[D];清華大學;2014年

3 李德波;氣固兩相剪切流動大規(guī)模并行直接數值模擬研究[D];浙江大學;2011年

4 呂紅;方形顆粒兩相流的直接數值模擬[D];重慶大學;2011年

5 李文春;三維氣固兩相圓柱繞流的直接數值模擬[D];浙江大學;2005年

6 施楊;基于FD/SI方法的顆粒懸浮流直接數值模擬研究[D];浙江大學;2012年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 倪澤聯;基于FTM的兩相流中相界面跟蹤直接數值模擬[D];南昌大學;2015年

2 葉昭良;基于半隱格式均質湍流的直接數值模擬[D];華北電力大學;2015年

3 羅勇;旋渦主導流動的直接數值模擬及其噪聲產生機理分析[D];中國空氣動力研究與發(fā)展中心;2015年

4 蔣麗娟;彈性圓柱在軸向來流中渦激振蕩的直接數值模擬研究[D];浙江大學;2015年

5 劉蘭;蒸汽泡潰滅的數值模擬及空化模型的改進[D];浙江大學;2015年

6 王宇;顆粒懸浮湍槽流的雙重直接數值模擬研究[D];浙江大學;2012年

7 吳騰虎;管道內顆粒懸浮流中大顆粒和湍流相互作用的直接數值模擬研究[D];浙江大學;2011年

8 劉亞明;均勻各向同性湍流內被動標量動力學特性的直接數值模擬研究[D];華中科技大學;2005年

9 何云;太陽能煙囪溫度場和速度場的標度分析與直接數值模擬研究[D];云南師范大學;2007年

10 張征宇;FENE鏈運動的直接數值模擬[D];浙江大學;2005年

，

本文編號：1263283