【摘 要】
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颗粒-流体体系常呈现复杂的时空多尺度结构,硬球-拟颗粒模拟可通过粒子运动和相互作用复现其亚颗粒尺度上的运动细节,而流体粒子与作为壁面的固体颗粒的碰撞是模拟的重要环节。因此,本文首先考察了粒子-边界作用模型的实际效果,发现镜面反射与偏Maxwell速度分布的漫反射组合的滑移漫反射模型不能将体系温度维持在预设值。本文通过能量分析和数值实验解释了该问题并提出了改进方案。在此基础上,本文以重力驱动的硬球-
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颗粒-流体体系常呈现复杂的时空多尺度结构,硬球-拟颗粒模拟可通过粒子运动和相互作用复现其亚颗粒尺度上的运动细节,而流体粒子与作为壁面的固体颗粒的碰撞是模拟的重要环节。因此,本文首先考察了粒子-边界作用模型的实际效果,发现镜面反射与偏Maxwell速度分布的漫反射组合的滑移漫反射模型不能将体系温度维持在预设值。本文通过能量分析和数值实验解释了该问题并提出了改进方案。在此基础上,本文以重力驱动的硬球-拟颗粒体系模拟了无穷流场中的有序球形颗粒阵列绕流,包括简单立方、体心立方、面心立方三种典型构型。结果表明:曳力系数CD与Di Felice模型在低马赫数（Ma）时吻合较好,而高Ma时,流体的可压缩性增强,导致吻合度降低;当固相体积分率εs从0.05增加到0.3时,不同构型中CD均随之增大;相同条件下,面心与体心立方构型的CD相近,且均大于简单立方构型的CD。另外,流场平均温度Tm受构型的影响较小,但随εs的增大而减小。最后,本文还模拟了不同气速下的气固流态化,考察了流化因子和床层重心等流化特征物理量的变化规律,展示了硬球-拟颗粒模拟在流态化研究中的适用性,为气固流态化的运动细节研究提供了参考。
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