基于粘附接触模型的细颗粒与壁面碰撞行为研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyingygp
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颗粒与壁面的惯性碰撞机制是换热管壁积灰的主要原因之一。国内外对微米级颗粒撞击壁面过程的研究较少,特别是对于斜向碰撞过程的研究以及撞击过程的动力学特性预测尚不成熟。本文采用实验和数值计算相结合的方法,对微米颗粒与壁面的碰撞行为进行深入探究,对如何控制换热管壁积灰具有指导意义。首先,以二氧化硅颗粒为研究对象,对不同入射角下颗粒撞击不锈钢表面的过程进行实验研究。在实验速度区间内,颗粒的法向恢复系数随着入射速度的增大而增大,塑性变形的影响相对较小。颗粒在以较大入射角入射时更容易被表面捕集。其次,基于静态接触模型,引入两种阻尼耗散模型建立动力学方程。用单系数模型计算阻尼系数,确定法向碰撞的临界捕集速度为0.809m/s。对于斜向碰撞,即使法向速度小于临界捕集速度,颗粒仍会发生反弹。当入射角小于45°时,颗粒发生完全滑动,此时动摩擦系数为0.435。以两种模型计算斜向碰撞的动态变化过程,比较反弹特性的预测结果。研究发现,单、双系数模型都能很好地预测小入射角下的切向反弹速度,且双系数模型能获得整体趋势线。最后,对单颗粒撞击覆层的碰撞过程进行数值计算。对于颗粒与壁面(或颗粒)的碰撞过程,无阻尼耗散下,理论计算结果与数值计算结果一致。相对于仅考虑粘附剥离功的情况,阻尼耗散的存在使得临界捕集速度增加。颗粒-颗粒(粘附)-壁面的法向碰撞过程由于粘附颗粒的加入变得更加复杂。当入射速度大于0.7m/s时,发现粘附颗粒将从壁面脱离。
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