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1、2014年秋季学期研究生课程考核（课程考核报告）考核科目：多相流学生所在院（系）：能源科学与工程学院学生所在学科：动力工程及工程热物理学生姓名：XXX学号：14S0020xx学生类别：学术型考核结果阅卷人研究生课程：多相流考试和作业1.流体携带颗粒的流动过程。假设流体和颗粒具有相同的温度，两者之间无质量交换，颗粒在流体携带下通过一个垂直管道，见图所示。计算条件：计算管长为5.0m,管直径为50mm。颗粒直径取为学号数的最后2位数，im（例如20141055,即颗粒直径为55im）o颗粒密度为学号数的最后4位数,kg/nA气
2、体密度为学号数的最后3位数,kg/nA进口气体速度为：-^=[l-（r/D）1/n],ulr=0%，。’其中，％为入口轴向速度分量，％。为管中心轴向速度，取为5.0m/s。n取学号数的最后1位数（当0吋，取学号的最后第2位数）。山为入口径向速度分量。并且假设管内气体速度分布与入口具有相同的速度分布。入口处颗粒的初始位置：r=（n/D）n取学号的最后第2位数，若大于50,取为学号的最后第1位数。入口处颗粒轴向和径向速度分量为-=[1一（17D）n],usr=usz/nusz°其中，n取学号数的最后1位数（由于r=0和1.0为
3、壁面，学号尾数为0和50时，取学号的最后第2位数）。Us’。取为2.0m/so计算中所需要的其他参数自行确定。要求：1・给出该颗粒运动速度的变化。2.给出该颗粒的运动轨迹（颗粒到达壁面或者出口视为颗粒运动结束）。3.提供计算的编程。4.提供纸质版。初始数据和条件木人学号14S002066,n二6,所以流体的轴向速度分布为：-^=[l-(r/D)1/6],其中ulz=5.0m/s,D二0.05m；%，。’径向速度：5,r=°；颗粒的初始位置：r=D/6;入口处轴向速度：-^=[l-(r/D)6],其中usz0=2.0m/s；
4、Usz°入口径向速度：usr=usz/6；物性参数为：ps=2066kg/m利用四阶龙哥库塔法求解微分方程，求得颗粒的速度冷,上和色,,pc=066kg/m,ds=66gm；气体粘度取常温下空气的粘度：卩=1.7894x10一5kg/(m・s)。解题思路和步骤直角坐标系下，颗粒相速度满足如下偏微分方程：dUd,x_("c,x—兔丸)dt^rp_("c,y—"d,y)dtxrpdu&z("c’zU(tz)丄~dF=+a所以当给定初始速度、位移和合适的时间步长后，可对其后的速度和位移进行求解。1固定网格法将整个计算区域划分成均
5、匀的计算网格，以单一网格作为基木计算区域，确定吋间步长，计算颗粒的运动速度，判断颗粒的位置。不断缩小时间步长，直至颗粒落到网格的边界上，进入下一网格计算。具体步骤如下：1.划分网格，因为本题目径向与轴向尺寸差异较大，且径向与轴向速度也相差较大，为了保证计算精度和计算速度，采用径向宽度和轴向高度不相等的长方形网格，径向宽度dx=103计算颗粒相的位置：孔=勿+0.5x（冷°+心m,轴向高度dz=2X10：m；2.初选吋间步长：△x和加分别为颗粒到网格边界的距离;1.利用四阶龙哥库塔法求解微分方程，求得颗粒的速度塢,上和吗,2
6、.计算颗粒相的位置：孔=窃+0.5x（冷°+%）zt=zo+°・5x（血0+唏）；3.判断颗粒的位置和厶是否落在网格边界上（当颗粒到网格边界的距离小于10一7口时即认为己经到达网格边界上），如果落到网格边界上或已出网格，此步计算结束，进入下一网格进行计算；如果落到该计算网格内部，则从新选择吋间步长：△上⑵=min△兀⑵Az⑵（ux+ux,t）/2'（uz+UzQ/2之后重复上述2-5步骤即可。2•移动网格法基本思路是不划定位置确定的网格，颗粒每经过一个时间步长氐后，再以颗粒现所在的位置为原点重新建立网格（网格大小始终保持一
7、样），确定下一步的时间步长，进而计算颗粒的速度和位移。具体步骤如下：1.选定网格大小，和固定网格法一样，径向宽度dx=10'4m,轴向高度dz=2X10_3m；2.选定时间步长:At=min巴，空］I冷"z丿Zf=Zo+0.5x（uzQ+UzQ；1.以颗粒现所在的位置为原点重新建立网格，重复2-5步骤即可。计算结果1.颗粒相运动速度的变化1.固定网格法1.91.81.71.61.51.41.31.2—1.1s二1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0—轴向速度——径向速度时间（S）上方曲线为轴向速
8、度，下方为径向速度(S、E)欝Oa5a—轴向速度—径向速度02O00O02.052.O4.上方轴向速度，下方径向速度2.移动网格法2•运动轨迹1•固定网格法32(三)0.00800.00850.00900.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450
