风沙流中基于宏观颗粒模型的沙粒浓度分布

风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的主要原因,其中沙粒的浓度分布是研究输沙量、颗粒碰撞、风沙流结构等特征的主要影响因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,运用了一种新的宏观颗粒模型(macroscopic particle model,MPM)研究沙粒在气流中的运动。与前人研究结果进行比较后发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会出现结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明,利用MPM模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。

涡流装置固相冲洗特性三维多相流动数值模拟

为了研究涡流装置内固相冲洗特性,应用计算流体动力学(CFD)方法模拟其内部流动特征.采用RNG k-ε湍流模型、VOF气液两相流动和DPM离散相颗粒轨迹追踪模型对涡流装置在Rosin-Rammler颗粒分布时的三维流场进行了数值模拟,分析了颗粒的运动规律、粒径分布、流体流场对颗粒运动的影响以及涡流装置的截流比例.结果表明:涡流装置的存在,使其内部及其延伸的管道内产生了高速旋流,且旋流在下游管道延伸距离很长,降低了颗粒含量,这有利于颗粒的快速流动;颗粒的运动,对流体流场依赖性很强;涡流装置具有较好的截流特性,稳定后的截流量在35%以上,但是其结构设计需保证出口截面面积大于等于进口截面面积,这主要是为了防止堵塞,其可以在合流制管路系统中用于截流去污.