文档介绍：华中科技大学硕士学位论文
摘要
气固两相流是煤燃烧领域的一个基本问题。格子 Boltzmann 方法(Lattice
Boltzmann method, LBM)是近年发展迅速的一种计算流体力学新方法,在气固两相流
模拟方面具有许多优势。LBM 方法可以直观地描述颗粒的形状和运动,因此能有效
的描述颗粒的碰撞、合并、破碎等现象;而且在 LBM 方法中能很好的处理流体与颗粒
之间的相互作用,为从微观角度实现颗粒动力学与流动过程的耦合带来了可能。但是,
现有处理气固两相流动的 LBM 中仍有一些关键问题需要研究。本文针对 LBM 在处理
流动-颗粒相互耦合方面的一些不足展开研究,具体工作有:
(1) 将 Masselot 和 Chopard 提出的模拟气固两相流动的格子 Boltzmann-格子气
(LBM-LGA)方法进行了推广,能更好地反映两相间拖曳作用。
(2)利用发展的 LBM-LGA 方法,研究了封闭方腔内的气固两相流运动特性,在
单相耦合下分析了斯托克斯数 St、模拟颗粒数目和尺度效应等因素对颗粒运动特性和
流场的影响。对单颗粒和颗粒群的运动进行了模拟,发现本文模拟的结果在定性上和
相关文献是一致的。通过模拟的结果和分析可知,颗粒群的均方位移达到瞬时极值的
时间随着斯托克斯数的增大而增长,而颗粒数目和尺度效应对颗粒群的运动特性没有
影响。
(3) 利用发展的 LBM-LGA 方法,在双向耦合条件下对微细颗粒物在气体中的流
动进行了模拟,探求了各种因素对气固两相体系的影响。发现 Knudsen 数越大,斯托
克斯数越大,颗粒的个数越多,则颗粒群的均方位移变化越大,并且气相流场的速度
和动能的变化也越大。
总之,本章将 Masselot 和 Chopard 等人提出的 LBM-LGA 方法进行了推广,用发
展的 LBM-LGA 方法研究了颗粒在方腔流中的运动特性。在单向耦合和双向耦合情况
下多种因素对颗粒群运动特性的影响,发现本章模拟的结果在定性上和相关文献是一
致的。这为推动 LBM-LGA 方法在气固多相流领域的应用做出了可行性尝试。
关键词: 气固两相流, 微细颗粒, 格子 Boltzmann 方法, 格子气, 双向耦合
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Gas-solid flow is a fundamental problem in the field of bustion. Lattice
Boltzmann method (LBM) is developed rapidly in recent years as a new method of
computational gas dynamics. Because of its microcosmic and mesoscopic properties of
nature, the method to study gas-solid flow problems is a great advantage. In the LBM, the
particles shape and movement can be visually described, so the phenomenon of particle
collision, merger and fragmentation could be effectively interpreted. And the interaction
between gas and particle can be well handled in LBM, Which is beneficial to carry out the
coupling between particle dynamics and flow process from the microscopic point. However,
some key issues need to be studied when we research the problems of gas-solid flow using
the existing LBM. This paper focuses on study on gas-solid interaction which is ignored in
the existing LBM. Specific works are:
Firstly, we present, an extension of the lattice-Boltzmann-lattice-Gas method
(