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基于LBM的多分散颗粒-气泡湍流碰撞频率的直接数值模拟研究 被引量:2
1
作者 杨学松 陈冬琴 +3 位作者 王云琳 李哲 邢耀文 桂夏辉 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2692-2703,共12页
浮选是细粒矿物提质除杂的重要手段,但面临微细粒回收率低的难题。湍流是强化微细粒浮选的必要条件,但其多尺度碰撞及调控机制尚未明晰。尤其对于多分散颗粒/气泡体系,传统的浮选理论与现代工业应用之间存在一定的差距。以湍流中多分散... 浮选是细粒矿物提质除杂的重要手段,但面临微细粒回收率低的难题。湍流是强化微细粒浮选的必要条件,但其多尺度碰撞及调控机制尚未明晰。尤其对于多分散颗粒/气泡体系,传统的浮选理论与现代工业应用之间存在一定的差距。以湍流中多分散颗粒-气泡碰撞行为为研究对象,采用各向同性湍流直接数值模拟(DNS),并结合碰撞动力学理论,以径向相对速度和分布函数为分析突破口,研究了大尺度涡输运-微尺度涡局部富集效应下的湍流碰撞特性,及其尺寸效应对碰撞过程的影响。研究发现:多分散效应和惯性作用导致点粒子直接数值模拟结果与经典Saffman&Turner模型预测值存在明显差异,明确了经典理论在预测多分散体系中的局限性,强调了高保真预测多分散颗粒气泡体系中湍流特征与理想碰撞频率的必要性。在大涡输运和微涡富集的竞争协调作用下,提高湍流耗散率和增大微细颗粒-气泡直径是提高多分散颗粒和气泡理想碰撞频率的有效途径。另外,随着颗粒-气泡尺寸离散度的增加,大涡输运作用被增强,但微涡局部富集效应被削弱。因此存在最佳离散度可实现较高的多分散粒度的颗粒-气泡群碰撞频率。这表明调控浮选过程中的颗粒-气泡尺寸分布对提高分选效率具有重要意义。阐明了大尺度涡湍流输运效应与小尺度涡局部富集效应的竞争协同作用下颗粒-气泡碰撞机理,为现代浮选颗粒-气泡矿化理论提供了丰富的理论支持。 展开更多
关键词 浮选 湍流 多尺度涡 直接数值模拟 碰撞频率
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气液固流化床直接数值模拟研究进展 被引量:1
2
作者 马永丽 安澍 +1 位作者 杨捷 刘明言 《化工学报》 北大核心 2025年第8期3772-3788,共17页
气液固流化床在化工等过程工业中有着广阔的应用前景。但是,由于流动的复杂性(多尺度、非稳态和非线性等)和测试方法以及机理模型的局限性,还难以对其进行科学设计和放大。基于计算流体力学的数值模拟是量化描述三相流动的有效途径。三... 气液固流化床在化工等过程工业中有着广阔的应用前景。但是,由于流动的复杂性(多尺度、非稳态和非线性等)和测试方法以及机理模型的局限性,还难以对其进行科学设计和放大。基于计算流体力学的数值模拟是量化描述三相流动的有效途径。三相流数值模拟方法分为模型化方法和直接数值模拟方法。其中,直接数值模拟是在没有引入曳力模型等的条件下,从微观尺度解析气泡、颗粒和流体间的相互作用,可以揭示气液固三相间的相互作用机理,是重点关注的方法。综述了常用的多相流动直接数值模拟方法,包括流体体积法、水平集法、界面跟踪法、浸没边界法、虚拟区域法、格子玻尔兹曼法和光滑粒子动力学法等,并分析了各种模拟方法的优势和不足,之后对三相流直接数值模拟的研究进展进行了评述,最后给出了目前三相流数值模拟方法存在的问题以及今后进一步研究的方向。 展开更多
关键词 气液固流 多相流 流态化 计算流体力学 直接数值模拟
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相邻圆柱/斜坡及其展向间距对平板流动转捩影响的直接数值模拟
3
作者 凌伟豪 王志恒 +2 位作者 黄文林 孙中国 席光 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期32-41,共10页
针对相邻粗糙元对平板转捩的影响尚未阐明的问题,基于直接数值模拟研究了由圆柱和斜坡两种形状组成的展向相邻粗糙元布局诱导平板边界层发生的转捩。粗糙元采用嵌入边界法进行解析,两种形状的粗糙元展向间距分别设为2.5h、5h,h为粗糙元... 针对相邻粗糙元对平板转捩的影响尚未阐明的问题,基于直接数值模拟研究了由圆柱和斜坡两种形状组成的展向相邻粗糙元布局诱导平板边界层发生的转捩。粗糙元采用嵌入边界法进行解析,两种形状的粗糙元展向间距分别设为2.5h、5h,h为粗糙元高度。结果表明,强扰动的斜坡会主导发卡涡破碎、转捩的起始点以及平均流向脉动流输送的能量,不考虑斜坡时,展向间距的减小能有效促进转捩。不同形状粗糙元间的耦合作用会产生比相同形状粗糙元下更强的非线性相干结构。斜坡的强扰动主要是对相干结构的壁法向、展向两种脉动波产生贡献,而不是流向脉动波。适当小的展向间距所加强的不同形状相邻粗糙元间的耦合作用,有利于中心位置处非线性结构的演化,并且这种非线性结构可由全频带内的若干线性模态进行近似。当展向间距适当时,不同形状的粗糙元会在近下游的某个位置产生非线性结构的低频共振,这极大地增强了非线性结构的演化。 展开更多
关键词 直接数值模拟 线性模态 相干结构 粗糙元
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基于直接数值模拟的圆盘状颗粒曳力模型研究
4
作者 肖意 汪靖良 +4 位作者 何闯 谭鹏 张成 方庆艳 陈刚 《力学学报》 北大核心 2025年第8期1861-1872,共12页
圆盘状颗粒广泛存在于自然界和工业环境中,现有文献对适用于工业应用场景的圆盘状颗粒曳力模型的研究还不够完善.为扩展现有模型的适用范围,基于颗粒辨析直接数值模拟(PR-DNS)对流场内圆盘状颗粒的曳力系数及绕流特性开展研究.采用Open ... 圆盘状颗粒广泛存在于自然界和工业环境中,现有文献对适用于工业应用场景的圆盘状颗粒曳力模型的研究还不够完善.为扩展现有模型的适用范围,基于颗粒辨析直接数值模拟(PR-DNS)对流场内圆盘状颗粒的曳力系数及绕流特性开展研究.采用Open FOAM-贴体网格法计算低宽长比下(0<Ar<1),较宽雷诺数(Re≤1000)和入射角(0°≤θ≤90°)范围内圆盘状颗粒的曳力系数,通过遗传算法(GA)全局最优计算提出了一种新型的曳力系数关联式.研究表明,圆盘状颗粒的绕流特性受到宽长比、雷诺数和入射角3种关键因素的共同影响,雷诺数的增加显著增强了流动的不稳定性,而入射角和宽长比则通过影响颗粒的投影面积来改变颗粒的曳力系数和绕流特性.数值验证结果表明,综合考虑3种关键参数后的新关联式表现出较高精度,其均方根误差为0.2993,平均相对误差为4.16%,且在与现有文献报道中的圆盘状颗粒曳力系数关联式的比较中,具有良好的一致性.该关联式完善了现有模型的不足,为圆盘状颗粒的计算流体力学(CFD欧拉-拉格朗日)数值模拟和工程应用提供了可靠的理论支持. 展开更多
关键词 圆盘状颗粒 低宽长比 绕流特性 曳力系数 直接数值模拟
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基于直接数值模拟的压力容器入口射流湍流模型评价 被引量:1
5
作者 孙宇蒙 李捷 +3 位作者 魏宗岚 艾哲伦 苗恒 邓坚 《中山大学学报(自然科学版)(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期88-96,共9页
采用基于谱元法的开源软件Nek5000对压力容器入口射流进行直接数值模拟(DNS)。压力容器模拟在环向简化为1/3的尺度,主管段雷诺数为63700,下降段雷诺数为14014,工质为碘化钠溶液。通过对常见物理量进行统计,构建高精度湍流数据库。并采用... 采用基于谱元法的开源软件Nek5000对压力容器入口射流进行直接数值模拟(DNS)。压力容器模拟在环向简化为1/3的尺度,主管段雷诺数为63700,下降段雷诺数为14014,工质为碘化钠溶液。通过对常见物理量进行统计,构建高精度湍流数据库。并采用FLUENT对常见的壁面函数和湍流模型进行适应性评价,评价标准包括速度、湍动能和湍流黏度。结果表明:在上升段Stress-ω模型适用性最好;在下降段,Standard k-ω模型适用性最优。 展开更多
关键词 压力容器 射流 直接数值模拟 湍流模型 壁面函数 评价
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二甲醚/空气湍流分层燃烧的直接数值模拟与机理研究
6
作者 谭莉 亢银虎 卢啸风 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期196-204,共9页
针对内燃机条件下分层燃烧的情况,采用直接数值模拟方法,研究了温度分层对二甲醚(dimethyl ether,DME)/空气预混气湍流分层燃烧过程的影响机制.结果表明:与零维反应器内的均质自着火过程相比,湍流分层燃烧延长了整体燃烧过程的持续时间... 针对内燃机条件下分层燃烧的情况,采用直接数值模拟方法,研究了温度分层对二甲醚(dimethyl ether,DME)/空气预混气湍流分层燃烧过程的影响机制.结果表明:与零维反应器内的均质自着火过程相比,湍流分层燃烧延长了整体燃烧过程的持续时间,平均释热率峰值明显降低;输运预算分析揭示了着火锋面的传播存在自燃波与爆燃波两种着火模式,随着温度分层程度的增大,爆燃模式逐渐增强,进而导致高温着火提前;化学爆炸模式分析明晰了燃料着火的演变过程,并且利用相关准则数准确揭示了控制低温与高温着火过程的关键变量与基元反应.研究结果对于DME均质压燃式内燃机的设计以及燃烧过程调控具有借鉴意义. 展开更多
关键词 二甲醚 自着火 湍流分层燃烧 直接数值模拟 化学爆炸模式分析
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NH_(3)/Air混合层自点火直接数值模拟研究
7
作者 杨文豪 罗开红 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期447-456,共10页
采用直接数值模拟方法研究非预混状态的NH_(3)/Air混合层在层流和湍流条件下的自点火、火焰传播和生成NO过程.添加氢气、压力增加和湍流混合都会加快氨气的自点火过程.NH_(2)、HNO和OH 3个自由基可以分别表征点火的诱导和热释放阶段.层... 采用直接数值模拟方法研究非预混状态的NH_(3)/Air混合层在层流和湍流条件下的自点火、火焰传播和生成NO过程.添加氢气、压力增加和湍流混合都会加快氨气的自点火过程.NH_(2)、HNO和OH 3个自由基可以分别表征点火的诱导和热释放阶段.层流和湍流条件下,释热率都会在火焰传播末期产生两个峰值,即分层现象:小峰值区主要与OH的基元反应有关,大峰值区主要与NH_(2)和HNO的基元反应有关.添加氢气和湍流都会提高NO的生成量.最大NO数值曲线随时间会先增大后减小,两个阶段由NO的反应项和扩散项分别主导. 展开更多
关键词 氨气混合层 自点火 一氧化氮生成 直接数值模拟
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基于直接数值模拟的涡环碰撞过程涡结构分析
8
作者 黄泊桦 蒋子超 +4 位作者 王卓霖 罗炫 张仪 姚清河 杨耿超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2004-2014,共11页
涡环间的碰撞涉及复杂的多层级涡结构拓扑关系和涡量转移机理.深入研究该模型,有助于揭示涡结构之间相互作用过程所包含的机理.区别于现有研究一般专注于涡环小尺度次级结构的瞬态演化,本研究使用基于一种改进的SIMPLE算法的直接数值模... 涡环间的碰撞涉及复杂的多层级涡结构拓扑关系和涡量转移机理.深入研究该模型,有助于揭示涡结构之间相互作用过程所包含的机理.区别于现有研究一般专注于涡环小尺度次级结构的瞬态演化,本研究使用基于一种改进的SIMPLE算法的直接数值模拟,结合整体动态演变与其涡结构细节对涡环碰撞模型进行分析.基于高分辨率网格,分析了在不同雷诺数下涡环碰撞后由涡重联分裂出的次级涡结构.研究表明,涡环碰撞过程伴随着复杂的涡结构拓扑变化,如高涡量区域的偏转及涡丝间的此消彼长.在碰撞时,环本身的不稳定性导致了局部接触后分裂出沿方位角规律分布的次级涡环.而次级结构本身随流场雷诺数的增加呈现出从无到有、从近似圆环状到湍流态的转变.最后,对多雷诺数下的涡拟能曲线进行横向比较以反映碰撞对流场的整体涡流强度影响.结果表明,雷诺数的提高对涡拟能的调控整体表现为初始时刻耗散速率降低;因碰撞而抬升的峰值提高;峰值对应的时间点先延后再前移.本研究基于直接数值模拟展示了涡结构演化的偏转、重联、湍流化等特征,揭示了雷诺数对涡环碰撞的部分调控机制,对复杂流动的涡系演化机理研究有启示作用. 展开更多
关键词 涡环碰撞 涡重联 不稳定性 涡拟能 直接数值模拟
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喷动流化床颗粒混合特性的三维直接数值模拟 被引量:25
9
作者 张勇 金保升 +2 位作者 钟文琪 黄亚继 肖睿 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期33-38,共6页
采用离散元方法,对喷动流化床内的颗粒混合特性进行了三维直接数值模拟。气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型。模拟喷动流化床上下两层颗粒的运动和混合过程,揭... 采用离散元方法,对喷动流化床内的颗粒混合特性进行了三维直接数值模拟。气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型。模拟喷动流化床上下两层颗粒的运动和混合过程,揭示颗粒的混合机制,同时提出表征颗粒混合质量的重要特征参数,并考察了喷动气速和流化气速对颗粒混合的影响。结果表明:由喷动气射流带动而形成的颗粒内循环是颗粒混合的机制;增加喷动气速度和流化气速度均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少且混合更均匀。 展开更多
关键词 颗粒混合 喷动流化床 离散单元法 直接数值模拟
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绕流中颗粒与柱体碰撞和磨损的直接数值模拟 被引量:16
10
作者 闫洁 李文春 +1 位作者 樊建人 岑可法 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期589-593,共5页
为了研究圆柱近壁区颗粒与柱体的碰撞和磨损问题,采用高精度有限差分的方法对圆柱绕流进行了直接数值模拟.在获得高精度计算流场信息的基础上,采用Lagrangian方法追踪了颗粒在圆柱近壁区的运动.利用非弹性碰撞模型的壁面磨损量经验公式... 为了研究圆柱近壁区颗粒与柱体的碰撞和磨损问题,采用高精度有限差分的方法对圆柱绕流进行了直接数值模拟.在获得高精度计算流场信息的基础上,采用Lagrangian方法追踪了颗粒在圆柱近壁区的运动.利用非弹性碰撞模型的壁面磨损量经验公式,进行了壁面磨损量的计算,详尽考察了不同粒径的颗粒与壁面的碰撞磨损情况.研究发现,随着颗粒粒径的增大,颗粒与壁面的碰撞频率变高;局部碰撞频率的曲线较为特殊,粒径较大颗粒的碰撞多发生在与来流方向平行的中心轴线处,而小粒径颗粒的碰撞则要外移一定的位置.还发现颗粒对壁面的磨损率也是随粒径的增大而增大.颗粒的冲击角对壁面的磨损同样起着至关重要的影响,对于塑性材料,冲击角为20°-30°时,壁面的磨损率最大. 展开更多
关键词 直接数值模拟 圆柱绕流 碰撞 磨损
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气固两相圆柱绕流转捩两种模式的三维直接数值模拟 被引量:11
11
作者 嵇峰 樊建人 +1 位作者 任安禄 岑可法 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第23期55-60,共6页
该文对随空间发展模式的三维气固两相圆柱绕流中颗粒与流体的单相耦合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用高精度紧致差分方法的数值方法对N-S方程组进行直接求解,计算颗粒场时,选取Stokes数等于0.01、1、10的颗粒,采用Lagarangian... 该文对随空间发展模式的三维气固两相圆柱绕流中颗粒与流体的单相耦合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用高精度紧致差分方法的数值方法对N-S方程组进行直接求解,计算颗粒场时,选取Stokes数等于0.01、1、10的颗粒,采用Lagarangian方法跟踪其运动。颗粒与壁面采用了弹性碰撞的方法来模拟。重点考察了颗粒相受两种模式下拟序结构的作用,分析了不同Stokes数的颗粒扩散受其相应流场特性的影响。数值结果表明,颗粒扩散受两种模式的影响很大。在相同的Stokes数下,B模式下的颗粒场纵向和横向扩散要高于受A模式影响的颗粒场;而在相同雷诺数下,Stokes数越大,横向扩散越小,纵向扩散越大。 展开更多
关键词 热能动力工程 直接数值模拟 颗粒扩散 转捩 拟序结构 尾迹流
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多相流动的直接数值模拟进展 被引量:13
12
作者 仇轶 由长福 +1 位作者 祁海鹰 徐旭常 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期507-517,共11页
多相流动的直接数值模拟的讨论就是把流场中颗粒周围计算网格缩小到颗粒尺寸以下进行流动的计算,颗粒的受力不是通过模型计算,而是通过积分表面的黏性力与压力获得.直接模拟方法的出现标志着人们对多相流动的认识从宏观扩展到微观层次.... 多相流动的直接数值模拟的讨论就是把流场中颗粒周围计算网格缩小到颗粒尺寸以下进行流动的计算,颗粒的受力不是通过模型计算,而是通过积分表面的黏性力与压力获得.直接模拟方法的出现标志着人们对多相流动的认识从宏观扩展到微观层次.主要介绍了几种先进的直接模拟的方法:基于体适应的非结构化移动网格方法;基于固定网格方法;其它方法. 展开更多
关键词 多相流动 直接数值模拟 界面跟踪法 流体体积 虚拟区域法 拉格朗日-欧拉法 水平集法 格子波尔茨曼法
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液雾燃烧的全尺度直接数值模拟 被引量:7
13
作者 邵长孝 柴敏 +2 位作者 王海鸥 罗坤 樊建人 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期379-383,共5页
针对雾化燃烧的模拟精度受雾化模型影响较大的问题,发展了一种适用于液雾燃烧的全尺度直接数值模拟方法,不需要采用雾化模型,而是直接求解雾化、蒸发和燃烧过程,其模拟的可靠性在Stefan问题和液滴燃烧两个算例中得到了检验验证.结果表明... 针对雾化燃烧的模拟精度受雾化模型影响较大的问题,发展了一种适用于液雾燃烧的全尺度直接数值模拟方法,不需要采用雾化模型,而是直接求解雾化、蒸发和燃烧过程,其模拟的可靠性在Stefan问题和液滴燃烧两个算例中得到了检验验证.结果表明:模拟结果与理论值和实验值吻合.该方法为下一步液雾湍流燃烧的高精度全尺度直接数值模拟研究提供了数值基础. 展开更多
关键词 直接数值模拟 全尺度 雾化 蒸发 燃烧
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气固两相流动大规模并行直接数值模拟算法研究进展与展望 被引量:10
14
作者 李德波 樊建人 +1 位作者 罗坤 岑可法 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第23期107-117,2,共11页
对欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法的最新研究成果进行了系统的总结。主要涉及到气固两相流大规模并行直接数值模拟空间导数离散格式的选取,流体相和颗粒相并行区域划分的策略,颗粒相并行数据传递的逻辑控制方法,颗... 对欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法的最新研究成果进行了系统的总结。主要涉及到气固两相流大规模并行直接数值模拟空间导数离散格式的选取,流体相和颗粒相并行区域划分的策略,颗粒相并行数据传递的逻辑控制方法,颗粒相碰撞并行的实现方法,三维计算区域二个方向分解并行计算的若干关键问题,以及并行加速比和并行效率的计算结果。指明了解决欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法若干关键问题,以及今后需要解决的若干关键问题。 展开更多
关键词 欧拉-拉格朗日 气固两相流 直接数值模拟 颗粒碰撞算法 大规模并行计算
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多孔介质方腔自然对流的直接数值模拟 被引量:15
15
作者 陈凯 余钊圣 邵雪明 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期549-554,共6页
为了研究多孔介质方腔的自然对流传热,通过在方腔内布置固体颗粒的方式来模拟多孔介质结构,并采用虚拟区域方法求解多孔介质中的流场和温度场,分析了固体颗粒的数目、布置方式和形状对传热效率的影响.在高Rayleigh数下,多孔介质方腔自... 为了研究多孔介质方腔的自然对流传热,通过在方腔内布置固体颗粒的方式来模拟多孔介质结构,并采用虚拟区域方法求解多孔介质中的流场和温度场,分析了固体颗粒的数目、布置方式和形状对传热效率的影响.在高Rayleigh数下,多孔介质方腔自然对流的传热主要是通过壁面附近热对流产生的环流.通过直接数值模拟研究发现:当保持Rayleigh数和固体体积分数不变时,随着模拟多孔介质的颗粒数目的增加,壁面平均Nusselt数随之减小,即传热效率降低,进一步的流场分析表明规则排列时最外排颗粒到壁面距离对于传热效率有重要的影响;当固体颗粒数目和体积分数相同时,颗粒随机布置在高Rayleigh数时比颗粒规则布置有更高的传热效率,而颗粒形状对于传热效率的影响则不大. 展开更多
关键词 虚拟区域法 直接数值模拟 方腔 自然对流 多孔介质
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采用多元颗粒模型对圆柱形颗粒在移动床中流动的离散单元法直接数值模拟 被引量:11
16
作者 陶贺 钟文琪 金保昇 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第17期13-19,137,共7页
为了研究活性焦颗粒在移动床内的流动特性,通过离散单元法直接数值模拟方法对活性焦即圆柱形颗粒在移动床内的流动进行了数值模拟。采用多元颗粒模型来描述圆柱形颗粒,即圆柱形颗粒通过几个叠加在一起的球元构成。建立了圆柱形颗粒的碰... 为了研究活性焦颗粒在移动床内的流动特性,通过离散单元法直接数值模拟方法对活性焦即圆柱形颗粒在移动床内的流动进行了数值模拟。采用多元颗粒模型来描述圆柱形颗粒,即圆柱形颗粒通过几个叠加在一起的球元构成。建立了圆柱形颗粒的碰撞机制,分析了圆柱形颗粒在流动时的受力情况,并通过实验验证多元颗粒模型的可靠性。从宏观和微观2个方面,比较圆柱形颗粒2种构建方式(2球元和3球元)下的模拟结果。结果表明:2球元和3球元构建的圆柱形颗粒在动能、转动动能、变形量、碰撞力、碰撞次数等微观方面的差别较大。且通过比较颗粒位置图和下料率可以看出,3球元圆柱形颗粒的模拟结果与实际结果更加相符,因此,选择3球元作为圆柱形颗粒的构建方式。 展开更多
关键词 圆柱形颗粒 多元颗粒模型 构建方法 移动床 离散单元法直接数值模拟
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中等雷诺数方柱绕流的直接数值模拟及涡系分析 被引量:6
17
作者 王建春 吴乘胜 +1 位作者 王星 徐金秀 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期893-905,共13页
作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的... 作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的时空演变过程,是湍流数值模拟中最精确的方法,在复杂流动数值模拟方面的应用潜力巨大。本文自主设计和编制并行数值模拟程序,使用基于"神威·太湖之光"国产CPU架构的大规模并行计算,开展了中等雷诺数(Re=10 000)方柱绕流的直接数值模拟。其中:不可压N-S方程组采用基于交错网格的有限体积法离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法处理;离散得到的代数方程组采用Gauss-Seidel迭代求解;时间步进采用Euler隐式格式,对流项采用QUICK格式,耗散项采用中心差分格式;数值模拟程序的并行化使用MPI方法处理。文中重点分析了方柱绕流的复杂涡系结构,同时给出了部分湍流统计结果,并通过与RANS和LES模拟结果的对比分析,展现了DNS在复杂精细流场模拟方面的优势。 展开更多
关键词 直接数值模拟 方柱绕流 涡系结构 MPI并行 国产CPU架构
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基于直接数值模拟的可压缩湍流模型评估和改进 被引量:10
18
作者 李新亮 傅德薰 马延文 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期222-229,共8页
对来流Mach数2.25和6的平板边界层湍流进行了直接数值模拟,并通过与理论、实验及他人计算结果的对比对数值结果进行了验证.基于直接数值模拟得到的湍流数据库,对常用的湍流模型进行了先验评估.评估的湍流模型有k-ε模型(包括标准k-ε模... 对来流Mach数2.25和6的平板边界层湍流进行了直接数值模拟,并通过与理论、实验及他人计算结果的对比对数值结果进行了验证.基于直接数值模拟得到的湍流数据库,对常用的湍流模型进行了先验评估.评估的湍流模型有k-ε模型(包括标准k-ε模型、可实现的k-ε模型及低Reynolds数k-ε模型)、SA模型及BL模型.结果显示,对于Mach 2.25的平板边界层,可实现的k-ε模型及低Reynolds数k-ε模型具有较好的预测能力,而标准k-ε模型预测的湍流黏性系数偏高;SA模型在边界层内层预测准确度较高,而在外层预测值偏高.而对于Mach 6的平板边界层,k-ε模型及SA模型预测的湍流黏性系数均偏高,尤其是标准k-ε模型.对于Mach 6的平板边界层,BL模型低估了内-外层交界位置,造成湍流黏性系数预测值严重偏低.作者通过修改模型系数及内-外层交界位置对BL模型进行了修改,修改后模型预测的湍流黏性系数与DNS给出的值吻合较好. 展开更多
关键词 直接数值模拟 湍流模型 先验评估
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不同大小粒子之间相互作用的直接数值模拟 被引量:8
19
作者 邵雪明 刘杨 余钊圣 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期372-378,共7页
 应用改进的拉格朗日乘子/虚拟区域算法对不同大小的两个圆形粒子在二维方槽中的沉降过程和相互作用进行了直接数值模拟,并进行了实验验证· 结果表明不同大小的两个粒子在沉降过程中的相互作用可以描述为追尾、接触、旋转和分离...  应用改进的拉格朗日乘子/虚拟区域算法对不同大小的两个圆形粒子在二维方槽中的沉降过程和相互作用进行了直接数值模拟,并进行了实验验证· 结果表明不同大小的两个粒子在沉降过程中的相互作用可以描述为追尾、接触、旋转和分离4个过程,只有当两个粒子尺度差异很小时,才会重复进行DKT过程· 在两个粒子相互作用的过程中,小粒子的运动受到大粒子的影响更剧烈一些。 展开更多
关键词 粒子运动 直接数值模拟 相互作用 沉降过程 拉格朗日乘子 实验验证 二维 影响 大小 分离
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高超声速激波湍流边界层干扰直接数值模拟研究 被引量:19
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作者 童福林 李欣 +1 位作者 于长平 李新亮 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期197-208,共12页
高超声速激波与湍流边界层干扰会导致飞行器表面出现局部热流峰值,严重影响飞行器气动性能和飞行安全.针对高马赫数激波干扰问题,以往数值研究多采用雷诺平均方法,而在直接数值模拟方面的相关工作较为少见.开展高超声速激波与湍流边界... 高超声速激波与湍流边界层干扰会导致飞行器表面出现局部热流峰值,严重影响飞行器气动性能和飞行安全.针对高马赫数激波干扰问题,以往数值研究多采用雷诺平均方法,而在直接数值模拟方面的相关工作较为少见.开展高超声速激波与湍流边界层干扰的直接数值模拟研究,有助于进一步提升对其复杂流动机理认识和理解,同时也将为现有湍流模型和亚格子应力模型的改进提供理论依据.采用直接数值模拟方法对来流马赫数6.0,34?压缩拐角内激波与湍流边界层的干扰问题进行了研究.基于雷诺应力各向异性张量,分析了高超声速湍流边界层在压缩拐角内的演化特性.通过对湍动能输运方程的逐项分析,系统地研究了可压缩效应对湍动能及其输运的影响机制.采用动态模态分解方法,探讨了干扰流场的非定常运动历程.研究结果表明,随着湍流边界层往下游发展,近壁湍流的雷诺应力状态由两组元轴对称状态逐渐演化为两组元状态,外层区域则由轴对称膨胀趋近于各向同性.干扰流场内存在强内在压缩性效应(声效应),其对湍动能输运的影响主要体现在压力-膨胀项,而对膨胀-耗散项影响较小.高超声速下压缩拐角内的非定常运动仍存在以分离泡膨胀/收缩为特征的低频振荡特性,其物理机制与分离泡剪切层密切相关. 展开更多
关键词 高超声速 激波湍流边界层干扰 直接数值模拟 湍动能 低频振荡
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