發(fā)布時間：2020-08-13 02:33

【摘要】：顆粒懸浮流動廣泛存在于工農(nóng)業(yè)和自然界中。深入認識顆粒懸浮流動規(guī)律,可以為相關(guān)的工程技術(shù)提供理論指導。目前針對常規(guī)顆粒懸浮流的直接數(shù)值模擬工作已有很多,并取得了豐碩的成果,但對于顆粒形狀復雜、非牛頓流體和多分散體系等復雜顆粒懸浮流的直接數(shù)值模擬工作還相對缺乏。本論文主要采使用虛擬區(qū)域方法研究這類非常規(guī)顆粒懸浮流動問題的流動機理。論文的主要工作如下:實現(xiàn)了分別針對賓漢流體和雙分散體系顆粒懸浮流動的并行虛擬區(qū)域方法程序。針對水平槽道顆粒懸浮流問題,研究了中性懸浮非球形顆粒形狀對湍槽流阻力的影響。結(jié)果表明,當長橢球越長或者扁橢球越扁時,流動的阻力越小。減阻原因是橢球形顆粒近壁面附近顆粒濃度較小且其雷諾應力項較小。非球形顆粒在近壁面區(qū)域傾向于順著流動方向且有一正的小傾角。針對豎直槽道顆粒懸浮流問題,研究了兩種弱沉降效應下非球形顆粒對湍流調(diào)制的影響。在所研究的參數(shù)范圍內(nèi),薩夫曼升力使得顆粒向槽道中央?yún)^(qū)域聚集,其中球形顆粒最為明顯。在較高沉降效應時,球形顆粒情形的壁面摩擦阻力最小,其原因是該情形下大尺度渦受到最強的抑制。非球形顆粒在近壁面的取向規(guī)律和中性懸浮情形相似,但在中央?yún)^(qū)域傾向于將長軸垂直于流向方向。針對豎直槽道中賓漢流體的懸浮流動問題,研究了三個賓漢數(shù)情形下顆粒湍槽流的相互作用。結(jié)果表明,賓漢流體的屈服應力能削弱湍流強度起到減阻作用,而顆粒的加入則增強壁面摩擦阻力。在較強塑性的流體中,觀察到湍流轉(zhuǎn)捩中時間和空間的強間歇性,顆粒的加入能明顯地減弱這種間歇性并使流場湍流化。針對水平槽道雙分散體系顆粒懸浮流問題,研究了顆粒尺寸和顆粒形狀對懸浮流的影響。在雙分散體系情況下,單一顆粒相在槽道中的濃度、脈動速度和取向分布等統(tǒng)計量和其對應單分散體系下的顆粒相統(tǒng)計量相似。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5
【圖文】：

人體內(nèi)的血液約占成人體重的８％，在血管內(nèi)循環(huán)流動供養(yǎng)全身。血管中血液中包含了逡逑各種各樣的血細胞，如紅細胞、白細胞和血小板等，不同的血細胞差異明顯，正常的紅細胞逡逑是兩面中央凹的圓餅狀，白細胞是大個的球形，血小板則體積很小，形狀不規(guī)則，如圖１－２所逡逑示。研究血液相關(guān)的知識，對血液相關(guān)疾病的基礎(chǔ)理論與臨床實踐具有指導作用。逡逑Ｔｈｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｂｌｏｏｄ逡逑ｐ｜ａｓｍａ邐Ｐｌａｔｅｌｅｔｓ邐Ｒｅｄ邋ｂｌｏｏｄ邋ｃｅｌｌｓ逡逑（ａｂｏｕｔ邋５５％）邐（０，０１＞邐（ａｂｏｕｔ邋４１％）逡逑Ｗｈｉｔｅ邋ｂｌｏｏｄ逡逑ｃｅｌｌｓ邋（ａｂｏｕｔ邋４％）：邋Ｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅ邋Ｂａｓｏｐｈｉｌ邋Ｅｏｓｉｎｏｐｈｉｌ邋Ｍｏｎｏｃｙｔｅ邋Ｎｅｕｔｒｏｐｈｉｌ逡逑圖１－１血液中血漿和血細胞的混合流動示意圖（圖片來源Ｄｃｓｋｎ丨丨ｉｌ／Ｓｈｕｔｔｅｒｓｔｏｃｋ）。逡逑１逡逑

邐ＦＨａｒＴ邐ＡＳｓｈ；ｓｔＴｍ邐３，邋Ｆ邐＾邐３９ｅｎｔ逡逑圖１－２邋（ａ）鼓泡流化床示意圖；（ｂ）循環(huán)燃燒流化床示意圖（圖片來源Ｇｃｍｅｚ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１０）。逡逑在工業(yè)生產(chǎn)中，流化床技術(shù)已被廣泛應用于石油、化工、冶金、能源、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域逡逑？邐’的氣相和固相加工過程。在中國，煤炭仍然是電力工業(yè)主要能源，先進的流化床技術(shù)是利逡逑用此類燃料的最佳選擇。循環(huán)流化床作為一種新型的清潔煤燃燒技術(shù)，具有對燃料要求比逡逑＾交寬松和氮氧化物排放量低的優(yōu)點，其可分為鼓泡流化床和循環(huán)流化床，如圖１－２［１］所示。逡逑．邐對流化床的實驗和數(shù)值模擬研究［２＜，為工程建立準確的預測模型和流化床設計提供理論逡逑圖１－３海上鉆井平臺Ｔｐ：意圖。逡逑２逡逑

Ｌａｓｅｒ－Ｄｏｐｐｅｒ邋Ａｎｅｍｏｎｅｔｅｒ邋（簡稱ＬＤＡ，激光多普勒測速技術(shù)）系統(tǒng)和Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｉｍａｇｅ逡逑Ｖｅｌｏｃｕｎｅｔｉｙ邋（簡稱ＰＩＶ，粒子圖像測速技術(shù)）系統(tǒng)由于其非接觸測量和高精確度的優(yōu)點，被逡逑廣泛應用于顆粒懸浮流實驗研究領(lǐng)域，其實驗結(jié)構(gòu)示意圖如圖１－４１８］。逡逑Ｂａｌａｃｈａｎｄａｒ＆邋Ｅａｔｏｎ邋（２０１０）［９］總結(jié)了邋ＬＤＡ和ＰＩＶ技術(shù)在顆粒兩相流中的應用。其中逡逑ＬＤＡ系統(tǒng)通過測量顆粒相（大示蹤粒子）和流體相（小示蹤粒子）的多普勒信號，由于前者逡逑的多普勒信號要比后者強很多，使得系統(tǒng)可以很好地區(qū)分兩相。這在氣相湍流中得到了廣逡逑泛的應用。Ｔｓｕｊｉｅｔａｌ．邋（１９８４）【１３］實驗觀察得到豎直管道內(nèi)氣固兩相流，認為大顆粒增逡逑強湍流強度而小顆粒削弱湍流強度，原因是大顆粒不能很好地跟隨流體，從而改變了流體逡逑的動量。ＰＩＶ系統(tǒng)突破了邋ＬＤＡ空間單點測量的局限性，它實現(xiàn)了在同一成像區(qū)域（一個平逡逑面或者一個小三維空間）內(nèi)同時測量兩相的速度，適用范圍更為廣泛。逡逑＜．Ｋ＼邋１＊１、邐ｆ逡逑ｖ＇＋ｉ邋ｒ＋（＜邐一Ｗ邋ＩＳ：９＇邋．邋NBｒ”邐ｌ？＾ｊ逡逑ｉ邐ｖ＼邐？逡逑Ｉ邐＊邐：．邐…，逡逑＜邋＊？

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本文編號：2791389