文档介绍：悬浮颗粒数值研究进展
湖南大学龚光彩李孔清汤广发
摘要:本文在系统地阅读文献的基础上,对悬浮颗粒研究中所涉及的研究方法、数学物理模型及数值计算求解方法等方面作了翔实的综述,并对今后要做的研究工作做了展望。
关键词:悬浮颗粒数值模拟研究进展
ABSTRACT: Comprehensive summary including research methods, mathematical and physical models ,solution approaches of numeric simulation and related issues has been made on the basis of systematic literature references. Perspectives about future study are involved in this paper too.
KEYWORDS:Suspension particle Numerical simulation Research improvement
1 悬浮颗粒研究的背景与意义
气粒两相流是自然界普遍存在的流动现象。研究其运动规律有助于更好地解释、理解自然界和工程界有关现象,并在实践中加以利用,改进和完善现有设备、设施。两相流技术在生产、生活中运用也日渐广泛,并逐渐渗透到各行各业,各个生产工艺或过程中。如洁净室,在70年代100~1000级洁净度对于特征尺度为2μm地粒子已经足够;80年代,发展到亚微米技术,实行工艺区和辅助区分开,产生了“隧道”概念或技术;90年代,提出了超级洁净概念,并普遍实行“微环境(Mini environment)”控制。最近笔者提出“微气候分区(Micro Climate Zoned)”的技术概念[1][2],利用气流组织达到对洁净级别的直接控制。另外在环境保护中可吸入颗粒常见诸天气预报,且成为空气污染的主要来源之一。在室内空气品质研究中,颗粒对人体健康的影响也成为其中一个重要的研究方面。文献[3]中提出了可吸入颗粒在呼吸道中的动力模型,研究了在凝聚、凝结、化学反应等多种机理作用下颗粒在呼吸道中的尺寸分布及其变化情况,其结果与实验值相比误差很少。文献[4]研究了香烟颗粒在房间中的扩散运动。所有这些都说明研究气粒运动规律,利用试验和数值模拟空气中的悬浮颗粒的运动是十分必要和势在必行。研究和模拟空气中的悬浮颗粒的运动其社会意义和经济价值十分巨大。理解颗粒的输运过程或运动规律是设计净化系统或设备及采样仪器仪表的基础。通过干燥或去湿来提取空气中含有的特殊物质也取决于颗粒的输运过程。不同时期由于其应用水平和要求及研究方法与手段的不同,研究的内容和深度也不一样。
19世纪晚期和二十世纪早期一些著名的物理学家研究了颗粒输运的一些经典问题。如Stokes, Einstein和Millikan等人研究了球形小颗粒的受力运动,并导出了一些相对简单的关系式或定律(如著名的Stokes公式),但仅局限于其当时的应用水平。
亚微米的颗粒输运,包括其传热、传质,动量输运和电荷输运,发生在两个不同的尺度(这两个尺度并没有明确的界限)。一个是发生在单颗粒尺度。传热传质等输运现象发生在单个颗粒与周围流体(气体)之间。另一个是发生在更大尺度上
——颗粒群