[发明专利]一种测量气固两相流动中颗粒运动速度的方法

摘要

本发明提供了利用一种描述气固两相流动中固相之间相互作用对颗粒运动影响的数学模型，对稠密气固两相流动进行高效、大规模数值计算的方法。本发明利用的数学模型构建了气固两相流动中颗粒间发生的碰撞、接触及摩擦对颗粒运动所产生的影响与颗粒相占据的容积份额、包括速度大小、方向在内的颗粒群运动特征之间的数学关系，利用该模型能够对稠密气固两相流动进行较为准确地数值模拟计算，即使在颗粒发生堆积的情况下也能使数值模拟结果与实验结果较好地吻合。此外，该模型所涉及的计算量与现有模型相比大大减少，利用目前常用计算硬件设备也可进行大规模数值模拟计算。

主权项

1.一种测量气固两相流动中颗粒运动速度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1）将气固两相计算区域划分成网格；2）设定气相和固相的入口、出口、壁面边界条件并采用欧拉法模拟得到计算区域中包括流场速度u在内的气相流场的信息；3）在单个时间步长中，根据颗粒受到的除固相间相互作用力之外的力，计算出计算区域内每个网格中所含颗粒在该时间步长中的加速度a及速度V_i⁽⁰⁾，从而得出颗粒新的位置；4）根据步骤3）中计算得到的各颗粒新的位置，扫描计算区域内的所有网格，得出各个网格的固相容积份额f，并建立数组储存；将步骤3）中得到的计算区域内每个网格中所含颗粒在单个时间步长中的速度V_i⁽⁰⁾建立数组储存；5）将步骤4）得到的各网格固相容积份额f以及各网格中所含颗粒的速度V_i⁽⁰⁾作为颗粒因受固相之间相互作用而影响运动的主要因素，由=α_u×和  αu=1－{(f/f_max)×[1－∣mi∣/mi]}求得，进而得到各颗粒新的速度V_i；式中：u分别代表x、y、z方向；α_u为本方法中新定义的x、y、z方向的运动约束系数；为各网格中所含颗粒受固相间相互作用前x、y、z方向的速度；为各网格中所含颗粒受固相间相互作用后x、y、z方向的速度；i代表颗粒的编号；f为当地网格的固相容积份额；f_max为当地网格中颗粒达到堆积饱和状态时的固相容积份额；m_i为当地网格中各个颗粒的质量，根据所计算颗粒的密度及平均粒径来确定；6）首先判断已执行步骤3—步骤5循环的次数是否达到设定值n1，设定值n1=计算时间/时间步长，若达到设定值则执行步骤7）；若未达到设定值，则判断已执行步骤3—步骤5循环的次数是否为所需更新气相场次数n2的整数倍，n2<n1，若是，则回到步骤2，若否，则回到步骤3； 7）完成数值计算，输出结果。