三维圆球颗粒与流场相互作用的格子Boltzmann模拟

【作者】 曹传胜； 陈胜； 栗晶； 包胜； 柳朝晖； 郑楚光；

【机构】 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室；

【摘要】 流体流动与颗粒(群)之间的相互作用机理研究一直是多相流领域中的热点难点问题,而格子Boltzmann(LB)方法是一种天然并行,易于处理复杂边界的介观方法,本文采用格子Boltzmann方法模拟了多颗粒在三维流场中的自由沉降问题,研究了颗粒初始位置,颗粒沉降雷诺数,颗粒旋转作用,颗粒尾涡结构等对颗粒流体系统产生的影响。本文首先再现了双颗粒沉降过程中产生的drafting-kissing-tumbling(DKT)现象,并详细讨论了此现象产生的微观机理,包括其涡量场,压力场等,结果表明后面的颗粒进入前面颗粒产生的低压尾涡区内时,其所受的阻力将减小而加速运动,并与前颗粒产生碰撞。同时本文研究了并列双颗粒沉降产生的排斥现象,讨论了颗粒相对距离及颗粒旋转运动对其产生的影响,结果表明颗粒越近排斥作用越明显,同时并列颗粒旋转将产生排斥力。最后本文模拟了多颗粒(3～512个颗粒)沉降问题,讨论了颗粒群与流场的相互作用,发现颗粒沉降速度最终将达到稳定且其排列位置也将稳定;同时在相对多的颗粒数时,发现了颗粒相互吸引而产生的团聚现象,并给出了流场结构,包括流场,压力场,涡量场等。更多还原