电动流体中颗粒与壁面相互作用模型的研究

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颗粒一直是气固多相流动研究的基本研究对象,为了更加精确地对气固多相流进行研究,就需要对流体中颗粒作用规律进行系统的研究。  本文主要对电动流体作用下颗粒与壁面相互作用的模型进行了理论计算、数值模拟以及实验研究,主要的研究工作及结果如下:  (1)本文针对电动流体中的流场、电场、温度场以及浓度场进行描述,构建多物理场控制方程组。并对颗粒在碰撞与凝并过程中的受力进行了系统的分析,获得了范德华力、弹性形变力、重力以及壁面排斥力的表达式,并通过Maxwell速度分布获得颗粒碰撞效率的求解方法。  (2)基于电动流体理论,通过Fluent用户自定函数(UDF)接口,编写描述电动流体电场、流场、浓度场控制方程、边界条件在内的C语言程序,针对嵌入不同形状导电颗粒的微直通道进行数值模拟研究。获得了不同边界条件下,嵌入不同形状颗粒的微直通道的流场情况。  (3)搭建基于Micro-PIV技术的可视化实验台,开展对于电动流体中颗粒—壁面相互作用的实验研究,基于电动流体理论,设计嵌入圆形导电颗粒的微直通道芯片,对附加直流电场50V的导电颗粒周围流型进行研究。一定程度上验证了本研究数值模拟的正确性,为开展后续实验提供了基础。  (4)基于颗粒—壁面碰撞模型,通过理论计算获得不同电场强度下压缩阶段碰撞角度、颗粒的初速度与最大压缩距离之间的关系以及回弹阶段壁面的速度回落到0时压缩距离的值与最大压缩距离之间的关系,并获得了颗粒与壁面碰撞的碰撞效率。
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