低雷诺数气固两相流中颗粒微观结构对颗粒受力的影响

【作者】 马腾； 周强；

【机构】 西安交通大学化学工程与技术学院；

【摘要】 在不能解析到颗粒尺度流动的气固两相流计算方法中,如CFD-DEM和TFM,均需要额外补充曳力模型以封闭对应的控制方程。传统的曳力模型给出的曳力本质上是均匀随机颗粒排布系统中所有颗粒受到的平均曳力。事实上,大量的直接数值模拟表明,处于不同微观结构中的颗粒所受曳力具有较大差异,即便是处于同一微观结构中的颗粒,不同的来流方向也会导致不同的曳力。采用IB-LBM,本文对低雷诺数下气固两相流动中颗粒受力与颗粒的微观结构的关系进行了研究,颗粒微观结构由包含颗粒自由程信息的二阶结构张量表征。首先,对简单立方排布的颗粒群,在保证固含率不变的前提下,更改单一方向上颗粒之间的距离,计算随颗粒间距变化的结构张量;其次,使用直接数值模拟方法,得到不同颗粒间距时颗粒的受力情况,根据模拟结果,计算得到曳力系数张量;然后比较分析曳力系数张量和结构张量之间的关系,发现曳力系数与其第一不变量之间的差值,随着结构张量与其第一不变量差值的增大而减小,且在均匀随机系统中,发现了相似的现象。基于直接数值模拟数据,本文构建了新的模型以描述颗粒微观结构对颗粒受力的影响。更多还原