考虑颗粒碰撞的多重MonteCarlo算法_赵海波

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1、第卷第期力学学报〕,年月,考虑颗粒碰撞‘,的多重算法“赵海波郑楚光陈密华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,武汉摘要从减少计算代价和改进碰撞算法出发,提出了考虑颗粒碰撞的多重算法,它采用直接模拟算法来考虑颗粒碰撞,并与求解颗粒拉氏方程的算法祸合起来,跟踪比、、实际颗粒数目小得多的虚拟颗粒提出了时间步长选定标准虚拟碰撞伙伴所在控制容积的判断准则颗粒碰撞发生的判断准则、虚拟碰撞伙伴的选择、基于随机碰撞角度的碰撞动力学,构成了考虑颗粒碰撞的完整多重算法对理想工况的细微颗粒流和粗重颗粒流进行了数值模拟,颗粒碰撞率的模拟结果与理论分析解和结果均符合很好,颗粒场演变的细节信息,如时间平均和特定时刻的颗

2、粒数密度,速度和颗粒湍动能等,均与结果符合很好数值模拟结果证明该算法不仅具有较低的计算代价,而且能够达到足够的计算精度关键词颗粒,碰撞,多重算法,计算代价,计算精度,一一一中图分类号文献标识码文章编号引言位于同一控制容积另外一类模型是类比空气动力,学中分子间碰撞在颗粒相的方,程中考虑颗粒间碰撞作用直接求解颗粒相的在研究燃烧源超细微颗粒物的生产和生长的机,理时,颗粒的碰撞是一个基本事件和关键事件,由于方程从而得到颗粒相的速度分布函数但是该类方法的分子碰撞的类比假设限制了其应用范畴颗粒碰撞而导致的凝并或团聚以及破碎等是超细,‘总结起来目前利用颗粒几何碰撞率来处理颗微颗粒物生成和生长的重要因

3、素之一颗粒碰撞粒,模型无一例外地都需要祸合到两相流模型中描述颗碰撞的模型和算法中存在如下几个问题颗粒,碰撞算法所依附的颗粒湍流模型大都采用轨道跟踪粒相的模型中去因此颗粒碰撞算法也必须祸合到求的方法,需要跟踪大量实际颗粒的轨道,因为实际解颗粒相模型的数值算法中颗粒碰撞模型主要有两,,类,一类是利用颗粒几何碰撞率来处理颗粒碰撞,包颗粒数目巨大所以计算代价也偏大难于应用到,括是否发生碰撞和碰撞伙伴的寻找,“工程中几乎所有颗粒碰撞算法都认为在碰撞发生的时间步长内,发生碰撞的两颗颗粒在同一控制在欧拉拉格朗日两相流模型框架下利用随机轨道,,,容积内演变这不符合事实针对以上问题在考虑的方法来祸合颗粒

4、碰撞模型采用算,,适当的计算代价和计算精度的前提下本文试图发法描述颗粒碰撞虚拟碰撞伙伴的选择依据当地颗,粒尺度分布函数,没有考虑两颗发生碰撞的颗粒在展一种新的算法来考虑颗粒碰撞本碰撞发生的时间步长内有可能不在同一控制容积内算法针对以上提到的一些问题进行相应的改进本演变的事实图在方法中跟踪实际颗文只讨论二元碰撞粒轨道,利用颗粒轨道交叉来考虑颗粒碰撞,能够揭多重算法描述示颗粒碰撞的一些细节和关键参数,但如用于工程,计算则计算代价过大等’利用直接模拟本文所发展的多重一。算法来处理颗粒碰撞,但对颗,以下简称算法包括两部分,即描述颗粒相采用离散颗粒模型,且限制发生碰撞的两颗粒粒相演变的算法和描述

5、颗粒碰撞的算法其算法的一一,一一收到第王稿收到修改稿国家重点基础研究专项经费和国家自然科学基金重点项目资助一回第期赵海波等考虑颗粒碰撞的多重算法流程如图所示对于颗粒相的演变,为了减少计算对于颗粒之间的碰撞,采用直接模拟代价,并不采用确定性轨道模型或者随机性轨道模。算法来考虑,主要包括虚拟碰撞伙型甚至直接模拟方法来模拟,而是采用拉氏伴的选择、碰撞是否发生的判断以及相应于方程同来描述颗粒相首先对计算区域内,的颗粒碰撞动力学下文将详细阐述这几个问题描的实际颗粒进行处理,生成代表实际颗粒的虚拟颗述颗粒碰撞的算法来源于描述稀薄气体动力粒,为每颗虚拟颗粒乞赋予一个数目转换权值无、,学中描述过渡区域

6、的气体分子运动的算法,左艺,、的数值等于虚拟颗粒所代表的当地实际颗粒其基本物理假设为颗粒稀疏和混沌其关键点是在一,一般来△的个数说虚拟颗粒比实际颗粒数目小得多个足够小的时间步长内将颗粒的运动与颗粒,,△,因为方法是一种随机取样的方法其的碰撞解偶因此在一个艺内可以首先采用拉精度与取样空间内样本数目的平方根成反比,所以氏方程描述颗粒相运动,包括描述颗粒一般应该保持每个控制容积内以量级流体双向祸合、颗粒脉动等,然后利用算法的虚拟颗粒拉氏方程描述和跟踪这些虚汁算△内这些虚拟颗粒间可能发生的碰撞正是由,,于这种解祸关系,拟颗粒利用算法求解该方程具体过所以本文只对纯粹的颗粒流动进程参见文献【,行数

7、值模拟,对于流体相以及两相祸合,不在此介、一一、飞山、一「一孟一丘、,,‘,,,、,,八,【,一一△是卜·。,〔爪⋯一,几二一一一一一一月一一】、、,飞兀一丫滋‘一心工丁一、飞一一违一、丫、·一一一盆一‘八‘一飞〕一一一一一一,。而丽》一一王少几二飞飞凡今、勺一℃丫。一、。一丫么、工一一‘、只认。一飞飞之‘‘一一一。‘一厂”一一,一一七一朽川一一二一、、一、、一了一△工一、图多重人陌算法流程图〔,二龙,一一工入一,,绍可拼参照文献速度的各个分量