方管中颗粒悬浮流的直接数值模拟研究

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1、⑧万方数据论文作者签名：篮!塑墨刍．＼指导教师签名：刍二塾f垒论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：答辩日期：一万方数据浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特II：II以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：调色司乖彳＼签字日

2、期：沙1丫年；月驴／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙：江大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：倜瞻J习材＼导师签名：错f呈签字日期：即l丫年弓月卅日签字日期：妒1lf年3月1日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：电话：邮编：万方数据浙江大学硕士学位论文致谢致谢这次毕业论文得以如期顺利完成，离不开各

3、位老师、学长的关心和帮助，在这里我要衷心感谢指导老师余钊圣教授和邵雪明教授对我的悉心教导，他们渊博的学识和严谨的治学态度对我整个研究生生涯产生了重要的影响。余老师在整个硕士阶段多次为我耐心的解答问题，指明我的科研方向，鼓励我，引导我，温和平易近人，我十分庆幸能在浙大完成硕士进修，更庆幸的是能成为您的弟子。邵老师除了在学术上对我进行指导外，还注重对我为人处世能力的培养，我的多方面能力也因此得到了较大的提升。在此，对余老师和邵老师致以最诚挚的谢意!感谢熊红兵副教授、张凌新副教授、王叶龙老师、叶尚军老师、刘晓玲老师、研究生阶段各位老师的教导，您们教会我的不仅仅是专业知识，更

4、多的是对待学>-7、对待生活的态度，感谢你们在我遇到困难时给予的支持和帮助。此生谨记教诲：一日为师，终身为师。感谢课题组的师兄师姐施杨、王宇、万军、崔阳阳、尹琴、喻文广、胡龙兵、闻仲卿、张凯、施培丽的关心和帮助，特别感谢林昭武师兄，是你多次解答了我学业中的疑惑，让我不断加深对计算流体力学的理解和认识，是你不厌其烦的给我讲解计算程序，并给我的硕士阶段的学>-7提出了大量的宝贵建议。感谢王文风、施宇翔、梁文帆、张晓龙、宋帅，师弟师妹张厚臻、滕录宝、刘兰、张娜、汤琳、叶辉、朱晨琳、蒋丽娟、吕炜、陈林娅，是你们让我的研究生生活变的丰富多彩。苟富贵，无相忘。最后感谢我的父母，感

5、谢你们的养育之恩，感谢你们给我营造了一个宽松的环境让我能安心的完成长年的学业，省去了我的后顾之忧。同时对所有家人给予我的帮助和支持，在此表示深深的谢意。谨以此文献给所有关心和帮助我的人!姚同林二零一四年一月于求是园万方数据浙江大学硕士学位论文摘要摘要颗粒悬浮流在工农业生产和自然界中广泛存在，比如细胞颗粒分离，流化床，管道输运，以及更为常见的河道中泥沙沉降和输运等。尽管对这种流动已经有了大量的实验、数值方面的研究，但由于颗粒与流体之间相互作用的复杂性，至今对其流动特性以及作用机理仍缺乏足够的认识。本论文采用并行化的虚拟区域方法对方管中中性悬浮颗粒的惯性迁移现象及颗粒与方

6、管湍流的相互作用问题进行了直接数值模拟，层流状态下研究了不同尺寸的颗粒在不同雷诺数、周期性管长下的迁移平衡位置及其稳定性问题，湍流状态下研究了颗粒对方腔二次流、湍流统计量和流场涡结构的影响。管道雷诺数为100．1500范围内，颗粒的惯性迁移平衡位置分为方管对角线和中心线两种。随着雷诺数的增加，对角线上的平衡位置愈靠近角落，中心线上的平衡位置则先靠近壁面，再远离壁面，形成类似于圆管中的内部平衡位置；小颗粒的平衡位置比大颗粒更靠近壁面，尤其对中心线处的平衡位置影响较大。在低Re条件下的长管(管长4胁中，对角线上的平衡位置稳定性较弱；高Re下，中心线上平衡位置同样趋于不稳定

7、，小颗粒表现的比较明显。缩短管长即短管(管长2H)条件下，颗粒之间的距离减小，颗粒链更加稳定，颗粒诱导涡分布于整个管道中，使得对角线和中心线上的两个平衡位置都能稳定存在。高RP下，管长的加长，易使得流动向湍流转变，从而得不到平衡位置。多个颗粒的惯性迁移遵循单颗粒的迁移规律，在平衡位置处形成流向上稳定的颗粒链结构。剪切雷诺数为150条件下，中性悬浮的颗粒在低浓度下增加了中心截面的流向平均速度，但整体而言则是增加了流动阻力。颗粒浓度的增加使得二次流中心沿着近似直线的轨迹向方管中心内部靠近。同浓度下，小颗粒对二次流的影响要大于大颗粒。颗粒的存在对大尺度流向