壁面对简单立方排布颗粒所受曳力的影响及建模

壁面会显著影响其附近颗粒和流体的动力学行为,然而传统微尺度曳力模型往往基于全周期气固系统模拟结果构建,未考虑壁面对颗粒所受曳力的影响。为了探究壁面效应对气固相间曳力的影响,本工作采用具有二阶精度的浸没边界-格子玻尔兹曼方法对全周期边界条件和含壁面边界条件下气体流经简单立方排布颗粒的气固系统进行了直接数值模拟,结果发现基于全周期边界条件构建的曳力模型低估了近壁面处简单立方排布颗粒所受曳力,在所计算的参数范围内最高低估可达28%。进一步研究发现,壁面对于近壁处颗粒所受曳力的增大效应随固含率和雷诺数的增大而增大,并且随着固含率的增大,雷诺数的影响逐渐减弱。基于以上发现,提出了中低雷诺数条件下考虑壁面影响的简单立方排布颗粒所受曳力的模型。该模型可直接应用于含壁面边界条件气固系统的欧拉-欧拉和欧拉-拉格朗日细网格模拟中,有望进一步提高壁面附近细网格模拟的准确程度。