顆粒懸浮流廣泛存在于自然界和工業(yè)過程中。本文采用數(shù)值方法,對牛頓和非牛頓流體中顆粒的動力學(xué)特性和運(yùn)動學(xué)行為做了三個方面的研究工作。第一個方面包括兩個小的研究點。其一是提出了 一種結(jié)合格子Boltzmann-浸沒邊界法和奇點分布法的簡單自驅(qū)動模型。主要研究了該模型在二維槽道牛頓流體中平移和旋轉(zhuǎn)時對整個流場速度分布的影響。發(fā)現(xiàn)了自驅(qū)動顆粒誘導(dǎo)的流場速度分布偏離麥克斯韋分布,其運(yùn)動速度強(qiáng)烈依賴于奇點的布置位置。其二是研究了牛頓流體中單個旋子與被動顆粒在兩種典型Reynolds數(shù)下方腔內(nèi)的水動力相互作用。結(jié)果表明,兩粒子系統(tǒng)中被動顆粒與旋子的相對位置在較低Reynolds數(shù)下呈現(xiàn)出周期性振蕩,且被動顆粒逐漸遠(yuǎn)離旋子,被動顆粒的振蕩幅度和頻率與這兩者的相對位置以及旋子的轉(zhuǎn)動頻率有關(guān)。而三粒子系統(tǒng)在較低的Reynolds數(shù)下除了微小的振蕩外還存在較大的振蕩周期,在相對較高Reynolds數(shù)下較大振蕩周期則消失。被動顆粒的夾角在兩種典型Reynolds數(shù)下表現(xiàn)出不同的變化特征,在較低Reynolds數(shù)下夾角的變化與兩個粒子的初始位置有關(guān),而在較高Reynolds數(shù)下夾角最終趨于常數(shù)。第二個方面是利用...

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２扁纖毛蟲羈的纖毛和節(jié)奏波膜（ａ）示意圖，（ｂ）俯視，１?（Ｓｌｅｉｇｈ，?１９６２）??

纖毛拍動的方向和波傳播的方向一致）的微生物建模成立，他們將該模型的物形??設(shè)定為球形，一方面是由于球形便于計算，另一方面也由于低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ數(shù)下物??形對其水動力特性的影響并不十分顯著。圖１．２為扁纖毛蟲覊的纖毛和節(jié)奏波示??意Ｓ。下面進(jìn)行Ｓｑｕｉｒｍｅｒ游動模型的數(shù)學(xué)表ｉｔ....

圖２．２固體邊界和流體點的插ｚ直過程（灰色區(qū)域表示固體內(nèi)部，坐標(biāo)的單位等??

?（２．２１）??Ａｔ??式中Ｕｒｆ（ｒ，〇根據(jù)剛體運(yùn)動規(guī)則求得。如圖２．１所示，在點Ｘｉ處，Ｕｒｆ（Ｘ＊，?〇等于??剛體的平動速度加上轉(zhuǎn)動速度。ｉｒ（ｘ６，?〇為由邊界周圍流體速度插值出來的＆??處的速度，由下式求得：??Ｕ＊（Ｘｂ，〇?＝?Ｘ＾（Ｘｆ?－Ｘｂ）?？＊（Ｘｆ?....

圖２．５周期性邊界條件??

對于某個方向無窮大的流動，有時要用到周期性邊界條件。在ＬＢＭ中也類??似，假定流體粒子從一個出口邊界離開流場時，在下一時間步就從另一側(cè)進(jìn)口邊??界重新進(jìn)入流場。如圖２．５所示，模擬流場區(qū)域?qū)嶋H的流場節(jié)點為ｘ＝ｌ？１￣？，??在上下左右邊界都往外延伸了一個虛擬的網(wǎng)格間距，周期性邊界....

圖３．?ｉ單個旋子在槽道中產(chǎn)生的流線和Ｓｔｏｋｅｓ單元??

第３草牛頓流體中自驅(qū)動顆粒的動力學(xué)特性??子以恒定角速度Ｇ在二維槽道牛頓不可壓縮流體中旋轉(zhuǎn)，并與已有計算結(jié)杲倣??了比較。如圖３．１所示，流向采用周期性邊界條件，槽高＿ｙＳ８ｔｙＡ－（ｚｌｘ是格子寬??度），顆粒半徑穴為２０」ｘ。很明昆，在低Ｒｅｙｎｏｌｄｓ數(shù)流動時，如果旋子位于....

本文編號：3990929