哈工大两相流作业.docx

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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，mm（例如，即颗粒直径为55mm）。颗粒密度为学号数的最后4位数，kg/m3。气

2、体密度为学号数的最后3位数，kg/m3。进口气体速度为：,其中，ulz为入口轴向速度分量，ulzo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时，取学号的最后第2位数）。ulr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：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，其中，n取学号数的最后1位数（由于r=0和1.0为壁面，学号尾数为0和50时，取学号的最后第2位数）。Uszo取为2.0m/s。计算中

3、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。初始数据和条件本人学号14S，n=6,所以流体的轴向速度分布为：，其中，D=0.05m；径向速度：；颗粒的初始位置：；入口处轴向速度：，其中；入口径向速度：；物性参数为：，，；气体粘度取常温下空气的粘度：。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,xdt=(uc,x-ud,x)τrpdud,ydt=(uc,y-ud,y)τr

4、pdud,zdt=(uc,z-ud,z)τrp+g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匀的计算网格，以单一网格作为基本计算区域，确定时间步长，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=10-4m，轴向高度dz=2

5、X10-3m；2.初选时间步长：∆t1=min∆x1ux,∆z1uz∆x和∆z分别为颗粒到网格边界的距离;3.利用四阶龙哥库塔法求解微分方程，求得颗粒的速度ux,t和uz,t;4.计算颗粒相的位置：xt=x0+0.5×(ux,0+ux,t)zt=z0+0.5×(uz,0+uz,t)；5.判断颗粒的位置xt和zt是否落在网格边界上（当颗粒到网格边界的距离小于10-7m时即认为已经到达网格边界上），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，则从新选择时间步长：∆t2

6、=min∆x2(ux+ux，t)/2,∆z2(uz+uz,t)/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∆t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：∆t=mindxux,dzuz；3.利用四阶龙哥库塔法求解微分方程，求得颗粒的速度ux,t和uz,t;4.计

7、算颗粒相的位置：xt=x0+0.5×(ux,0+ux,t)zt=z0+0.5×(uz,0+uz,t)；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.固定网格法上方曲线为轴向速度，下方为径向速度2.移动网格法上方轴向速度，下方径向速度2.运动轨迹1.固定网格法1.移动网格法附录-程序代码1.0固定网格法%%%%%%%%初始数据%%%%%%%%r0=0.05/6;%颗粒初始径向位置,单位mz0=0;%颗粒初始轴向位置dr=0.0001;%网格径向长度，单位mdz

8、=20*dr;%网格轴向长度，单位md=6.6e-5;%颗粒的直径，单位mpc=66;%气体密度pd=2066;%颗粒密度uc=17.9e-6;%气体的动力粘度ucr=0;%气体径向速度，为0trp=d^2*pc/(18*uc);%颗粒的松弛时间udz=2*(1-(r0/0.05)^6);%颗粒初始轴向速度udr=udz/6;%颗粒初始径向速度rt=r0;%初始化径向位移zt=z0;%初始化轴向位移