突扩圆管内液_固两相流固体颗粒运动特性的dpm数值模拟_李国美

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1、工程热物理学报,第卷第期年,月一突扩圆管内液固两相流固体颗粒运动特性的数值模拟‘‘“李国美王跃社亢力强西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安中国科学院力学研究所,北京,一对水平突扩圆管中液固摘要采用考虑颗粒碰撞的欧拉拉格朗日数值模拟方法两相流固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算。在模型中,对液相采用欧拉法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟。采用硬球模型描述颗。粒间的碰撞作用计算结果表明,该模型可以真实地模拟液固两相流中固体颗粒运动的动态变化过程以及颗粒的非均匀分布特征,从单颗粒层次上提供颗粒的运动信息,这有助于深入研究液固两相流中固体颗粒的运动

2、规律。一关键词欧拉拉格朗日方法硬球模型液固两相流碰撞一一中图分类号文献标识码文章编号一入压一五一一一‘、孔。’。’,代即亡尽力乡,为亡鳍吸蜘刀了幻份曲朋,饰,叮吧一一,,就一掀,·一一一前言,一等采用欧拉拉格朗日方法研究了变液固两相流是工业中最常见的多相流动之一。截面通道内的液固两相流固体颗粒的运动及破坏情,,,在高速流动条件下固体颗粒所携带的动量远大于况连续相采用方法求解颗粒相的运动,、、、,一单相流动它是引起石油化工水利电力机械采用拉格朗日随机确定性模型预测获得了等行业中各种泵、阀门、管道等过流部件大量损坏不少有价值的结论,但是该模型忽略颗粒对流体的。。,的

3、重要原因之一,因此研究液固两相流中影响以及颗粒之间的相互碰撞张政等对固体颗粒运动特性,日益受到研究者们的重视。的方法进行了适当的改进,研究了突扩圆管内液固一一收稿日期修订日期基金项目国家自然科学基金委创新研究群体基金资助国家自然科学基金委重点资助作者简介李国美一,男,河南南阳人,硕士研究生,主要从事石油工程中的多相流动与传热研究。工程热物理学报卷两相流的碰撞破坏过程,连续相采用方相间流体阻力法求解,颗粒相运动则通过拉格朗日坐标系下的随流体颗粒间的藕合作用也通过单颗粒所受流体。。一机轨道模型获得该模型虽然考虑了颗粒流体之间粘性阻力凡的表达式来体现本模型采用的双向藕

4、合作用,但是仍然忽略了颗粒间的相互碰修正的流体阻力表达式计算单颗粒所受的流体。撞刘永兵阎等运用双流体模型模拟了较大固相体粘性阻力,表示为,积分数条件下管道内的液固两相流动但无法直接·一·。,·了·,·。。‘圣一一、‘,获得单个颗粒的运动信息粤一本文采用考虑颗粒碰撞的欧拉拉格朗日数值,一一,。式中灭卜,为,,一模拟方法以水平突扩圆管为例对液固,,,流体阻力系数为颗粒雷诺数分别表示为两相流中固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算。该,氏。一心勺一。,模型克服了以上模型的不足不仅考虑了流体与颗、,,黑瓦弓‘拜粒间的双向藕合作用还考虑了颗粒之间的相互碰撞,可。以从单颗粒层次上

5、揭示颗粒的运动规律颗粒碰撞模型数学模型本文采用离散颗粒硬球模型描述颗粒间的碰撞。硬球模型基于准二元的瞬时碰撞,不考虑颗粒一采用考虑了颗粒碰撞的欧拉拉格朗日方法模碰撞的变形过程,具有较高的计算效率。当两个颗。拟液固两相流中颗粒的碰撞过程在欧拉坐标系下粒碰撞时,如图所示。,在拉格朗描述流体相流动日坐标系下计算颗粒的运动轨迹、速度、角速度等。颗粒间的相互碰撞采用硬球模型同描述。流体相控制方程流体相的动力学控制方程通过体平均的两相流一,动的七方程描述其考虑了流体体积分数。连续方程和动量和流体与颗粒相间阻力的影响守恒方程分别表示如下·了、,··了。,·,一。暴图两颗粒碰撞

6、示意图··,。了·了了。了·,·,卜暴颗粒碰后的平动速度和角速度表示如下一一饰,动对于滑移碰撞,,式中为流体体积分数九为体平均的颗粒巧一脚衅而不流体阻力,分别表示为不、·姚增十十户,‘二六、六,、喘溉一△认九二玲‘““计一凡以、一’、止,“一”姚△即‘刀。丫了、台忿口了乙入‘吕。八拜、十了乙十了乙,乞△一··式中和岭分别为计算控制体的体积和颗粒“二二‘,。‘而乞在该控制体中的体积。凡为单颗粒所受的流体一瑞瑞兴—。粘性阻力,为控制体中的颗粒数流体相湍流方对于无滑移碰撞·。一一十。。。。云程采用标准无一湍流模型「昙乳一卫竺一了了乙一汀乙颗粒运动方程、、八「”〕’颗粒

7、运动方程可以表示为晚十十·二洛叮‘、’了’一”’」“凡、、‘誓一全音,乳二猛肇而—,,。,。,乞式中和分别为颗粒的质量和速度凡‘。、、里⋯二硫为单颗粒所受的流体粘性阻力夕赢麟一期李国美等突扩圆管内液固两相流固体颗粒运动特性的数值模拟式中,上标。表示碰前量,拼为摩擦系数,。为颗向均匀布置个起动颗粒,速度与颗粒所在位置粒恢复系数,为从颗粒中心指向接触点的单位处的流体流速相同,如图所示。矢量,。为碰前两颗粒接触点相对速度,里。为碰前相对速度切向分量,艺为接触点处的单位切向量。求解方法采用传统的方法求解流体相的控制方程,扩散项离散应用二阶中心差分格式,动量方程对流项应用

8、具有三阶精度的格式离散。