纤维悬浮混合层及柱状粒子运动直接模拟的研究
【摘要】:
纤维悬浮流是自然界和各种生产工程中都广泛存在的流动,该流动在复合材料、环境、纺织、制药等诸多方面起重要的作用。因此对纤维悬浮流进行研究有重要意义。本文采用理论、数值模拟和实验的手段,从两个角度来研究一些具有代表性的纤维悬浮流场。
一是研究大量纤维在大尺度拟序结构中的分布规律。主要用到的方法是谱方法和细长体理论。研究结果表明:在拟序结构占主导地位的流场中,大涡结构对纤维的分布有强烈的组织作用;表征纤维跟随性的Stokes数对纤维的空间分布起控制作用,小Stokes数的纤维均匀分布在流场中,当Stokes数增加到O(0.1)时,在大涡中心的纤维将离心到涡的边缘;纤维在大涡中的取向分布受Stokes数的影响不大,主要受流场控制,流场的拉伸方向及强度对纤维的影响更大;随着Stokes数的增大,混合层中,上下两层纤维的混合效果变差;连续介质模型在预测纤维的取向方面仍然适用,但不能全面反映拟序结构占主导地位的纤维悬浮流的全部特征。同时,计算结果与实验进行了对比,发现符合得较好。
二是采用格子Boltzmann方法对纤维运动进行了直接模拟。对纤维运动进行直接模拟的意义,除了对纤维本身的运动有了最直接的了解之外,还对建立两相流模型的封闭方程有重要意义。对于单根纤维的沉降,其稳定取向是轴线与重力方向垂直的方向;纤维的沉降速度随长径比的增加而增加,但趋势变缓;纤维的横向漂移随长径比增加而增加;长径比在3左右的纤维,旋转到稳定取向的速度最快。壁面对纤维的作用使纤维离开壁面,并且使纤维的沉降速度下降;平行于纤维轴线的平面的影响较垂直于纤维轴线的壁面大;本文成功模拟了两根纤维在不同初始相对位置的沉降过程,详细地描述了两根纤维相互作用;总的来说,只要纤维通过尾流耦合作用,尾流对纤维沉降是起促进作用;在剪切流中,Jeffery轨道周期随着Reynolds数的增加而增加;利用不连续Galerkin有限元和谱元方法成功地将格子Boltzmann方法应用到非结构网格上,使格子Boltzmann方法能更好地描述曲线边界。
|
|
|
|
1 |
吴辉碇;数值预报模式中行星边界层的处理[J];海洋预报;1987年04期 |
2 |
倪慧,罗纪生,何立忠;三维可压缩混合层中扰动演化的研究[J];空气动力学学报;2004年04期 |
3 |
金友煌,李文魁,董正远,何光渝;速度分布对分层流中底部边界混合层结构的影响[J];力学学报;1995年02期 |
4 |
彭新东,程麟生;黑河地区边界层平均结构和通量的数值模拟[J];兰州大学学报(自然科学版);1994年03期 |
5 |
施卫平;祖迎庆;;用格子Boltzmann方法数值模拟混合层中旋涡的合并过程[J];计算力学学报;2006年04期 |
6 |
吴建华,李伯臧,杨国林,赵平波,蒲富恪;对多层膜巨磁电阻半经典理论的混合层方法的改进[J];河北师范大学学报(自然科学版);1995年S1期 |
7 |
Colin P.North
,李蕙生;河流-风成混合层序中相的识别和储层特征[J];地质科技情报;1991年04期 |
8 |
麻柏坤;收缩湍流场中标量扩散的实验研究[J];力学学报;1993年03期 |
9 |
吉村尚久
,沈耀龙;据矿物变化来评价沉积盆地的热演化史[J];海洋石油;1995年02期 |
10 |
杨羽;拉萨地区六月中、下旬逆温观测与混合层模式、分析及应用研究[J];成都信息工程学院学报;1987年01期 |
11 |
吴辉碇,申绍华;洋面上大气混合层模式[J];海洋学报(中文版);1988年04期 |
12 |
沈利平,林建忠;混合层在二维扰动和三维扰动下的失稳特征[J];南昌水专学报;1994年S1期 |
13 |
邵雪明,林建忠,李玉麟,刘志华;混合层中粒子扩散的实验研究[J];实验力学;2001年04期 |
14 |
邱剑;顾兆林;;利用高阶分区并行算法实现直接数值模拟[J];计算力学学报;2008年01期 |
15 |
程麟生,彭新东;黑河地区行星边界层平均结构演变的三维数值模拟[J];高原气象;1992年04期 |
16 |
林建忠,沈利平;展向存在扰动和剪切的混合层流场的研究[J];中国科学基金;1996年02期 |
17 |
游振江,林建忠,石兴;混合层中柱状粒子取向分布函数的研究[J];力学季刊;2003年01期 |
18 |
邵雪明,林建忠,余钊圣;添加聚合物对混合层流场特性影响的实验研究[J];实验力学;1998年04期 |
19 |
蔡国飙,庄逢甘;二维H_2/O_2混合和流动的直接数值模拟[J];北京航空航天大学学报;1999年06期 |
20 |
邵雪明,林建忠,余钊圣;混合层中四涡合并过程的数值研究[J];科技通报;2000年03期 |
|