三维射流中颗粒碰撞的直接数值模拟 (1)
颗粒—壁面碰撞建模与数据处理
颗粒—壁面碰撞建模与数据处理作者：吴铁鹰赵梦熊来源：《振动工程学报》2014年第04期摘要：直升机发动机吸入沙粒会严重影响寿命和可靠性，加装粒子分离器以净化进气必要性不言而喻。
根据以往研究，碰撞是影响粒子在分离器中运动轨迹的主要因素。
采用数值模拟方法，得到大量不同初始条件下反弹参数，分析相对位移、碰撞时间、反弹速度、反弹角度等参数与入射条件的关系特性。
并将所得到的仿真结果与实验统计结果进行对比，能够较好吻合。
最后将处理后的数据导入关系型数据库，建立沙粒与壁面碰撞反弹模型数据库基础表。
文中的结果全面考虑多种初始条件的共同作用，使计算准确性大大提高，对指导分离器型面设计有一定贡献。
关键词：航空发动机；粒子；碰撞；轨迹；数值模拟中图分类号： V231.3文献标识码： A文章编号： 10044523（2014）04058909引言飞机在机场起飞着陆时，进入发动机的空气含有尘土、沙石及冰雪等杂物。
而在山区、海面、沙漠等一些特定环境下工作的直升机，在使用阶段更是不可避免地吸入一些外物，例如沙粒、盐雾等。
工作介质中存在的悬浮颗粒会对机械性能及寿命产生显著影响，尤其在粒子速度及碰撞频率很高的发动机转动部件中。
这种影响体现在结构及气动两方面：结构方面的损伤主要是对压气机叶片的侵蚀，其他轴流机械中叶片点蚀和切割前缘，增加叶片表面粗糙度[1]。
这种现象的净结果是改变了叶片表面的压力分布及发动机总体性能；从气动方面看，这种现象的总体效果表现为增加了叶片通道的总压损失。
航空发动机吸入颗粒的严重性可由下面的事例体现：一台无进气防护装置的直升机发动机在粒子浓度仅为1 g/m3的环境中，工作寿命只有10小时[2]。
因此，加装进气防护系统是十分必要的。
直升机进气防护装置主要可分为三类：格栅过滤器、涡旋管和惯性粒子分离器[3]。
格栅过滤器由于需要频繁清洁和更换滤网已经被淘汰。
涡旋管虽能够提供较高的分离效率，但由于其过大的迎风面积也被取代。
球磨过程中颗粒间相互作用的数值模拟与分析
球磨过程中颗粒间相互作用的数值模拟与分析球磨过程是粉末冶金中常用的一种加工方法，其作用是利用磨料间的摩擦击打作用，对原来的粉末进行研磨和混合，达到精细化和均匀化的目的。
球磨过程中颗粒间的相互作用是一个复杂的问题，涉及到多个物理过程，如磨料的摩擦、颗粒之间的碰撞和反弹、形变和破裂等。
因此，使用数值模拟的方法研究球磨过程中颗粒间的相互作用，具有重要的理论和实践意义。
首先，我们需要了解球磨过程中的物理模型。
球磨过程中，颗粒之间的相互作用受到多个力的影响，主要包括重力、离心力、摩擦力、碰撞力、弹性力和形变力等。
其中，重力和离心力是影响颗粒相互作用的根本力量，而摩擦和碰撞力则是颗粒之间的摩擦强度和碰撞频率的重要因素。
弹性力和形变力则涉及到颗粒之间的相对位移和变形情况，对颗粒的破坏和变形也有一定的影响。
在理解球磨过程的物理模型后，我们可以利用数值模拟的方法来模拟球磨过程中颗粒之间的相互作用过程。
数值模拟主要依靠计算机和相应的软件，通过对球磨过程中各种力的计算和统计，来模拟颗粒之间的相互作用。
数值模拟方法具有计算准确、速度快、能够反映物理现象的优点，可以为球磨过程的优化和设计提供重要的数据和参考。
球磨过程的数值模拟涉及多个领域，包括机械工程、物理学、计算机科学等。
一般来说，数值模拟包括两种方法：一种是基于流场的方法，另一种是基于离散元法的方法。
基于流场的方法主要是利用一系列的方程式来描述颗粒之间相互作用的过程，基于这些方程式进行计算，得到颗粒间相互作用力，进而预测颗粒在球磨过程中的轨迹和破碎情况。
离散元法则是将颗粒看作是离散的粒子，通过对微小时间段内粒子运动的分析，得到相邻粒子之间的相互作用力，并进行建模和预测。
在球磨过程的数值模拟中，一般会采用不同的软件来进行计算和分析。
目前比较流行的球磨过程数值模拟软件有：ABAQUS、ANSYS、FLUENT等。
这些软件具有不同的特点和适用范围，用户可以根据自己的需要来选择适合的软件进行模拟。
基于有限元法催化剂颗粒撞击壁面的数值模拟
从而为企业 带来更 多的利益 。为 了使碰撞造成 的催 化剂 颗 粒 和构 件 损耗 更 小 ， 国内外 的学者 进行 了相关 方面的研究 ， 中， ．ｒ ｎ 其 ＤＧｉ 等 利用有限元法模拟了 ｉ ｆ 多颗颗粒撞击对壁面造成的磨损 ； ． ｕｋｒ 模拟 Ｍ Ｊｎａ等
节 点发生 的最 大位移 如 图 ８ 所示 。
参考文 献 （ ｆｒｎｅ） Ｒｅｅｅｃｓ ：
［ ］ 杨 勇刚 ， 勇． １ 罗 催化剂磨 损和再生器催化 剂跑损 的控制 ［］ 炼油设 计 ，０ １３ （ ）１ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ— ８ Ｊ． ２ ０ ，１９ ：５ １． ［ ］ 刘仁桓 ， ２ 魏耀东 ， 催化裂化装置跑损催化剂 的颗粒粒度分 析［］ 石油化工设备 ，０ ６ ３ （ ）９ １ ． Ｊ． ２０ ，５ ２ ：－ １
ｐ ｒ ｃｅ ａ ａ ｔ ｒ ｒ ｐ ｉ ｚ ｄ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｅ ｕ ｅ ｃ ｔ ｙ ｔ ｐ ｒ ｃｅ ｅ ｏ ｍａｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｏ ｉ ｅ ｏ ｈ ｕ ｆ ｃ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｃ ａ ｕ ｅ ａ ｉｌ ｓ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｗｅ ｅ ｏ ｔ ｔ ｍｉｅ ．Ｉ ｒ ｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ａａ ｓ ａ ｔ ｌｓ ｄ ｆｒ ｔ ｎ ｒ ｓｖ ｆｔ ｅ ｓ ｒ ｅ，ｈ ｅ ｈ ｉａ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｌ ｉ ｏ ａ ｌ
［ ］ 陈学 东 ， ３ 王
冰， 关卫和 ， 我国石化企业在用压力容器 等．
与管道使用现状和缺 陷状况分 析及失效预防对策 ［］ 压 Ｊ．
力容 器 ，０ １ １（ ）４ — ３ ２０ ，８ ５ ：３ ５ ． ［ ］ 万古军 ， ４ 魏耀东 ， 时铭显． 化裂化再生器 树枝状 主风分 催
布管磨损 的气相流场分 析［ ］炼油技 术与工程 ，０ ６ ３ Ｊ． ２ ０ ，６
基于离散单元法球形颗粒碰撞破碎行为的数值模拟_黄令军
,
对象颗粒模型建立及相关参数设置
以花岗岩材料为例 ! 采用 ?@?' ,.A 软件构建对
象颗粒 ! 利用 B;; 程序编写颗粒体力 C=D 插件 & 颗粒
第期
黄令军 等 基于离散单元法球形颗粒碰撞破碎行为的数值模拟
-(
体力的作用是在用户给定的某一时间 + 时将所有的 大颗粒移除 同时根据对象颗粒的每个小颗粒的坐标 位置数据文件生成小颗粒 并替换原来的大颗粒 利 用 23456789:;<9: 粘结接触模型 把替换后的小颗粒 球团在某一时间 ,,=( 时按照一定的 粘结键 粘结 起来 得到对象颗粒 对象颗粒构建过程及对象颗粒 粘结键如图 ( 所示 对象颗粒为粒径为 ' ## 的球体 该颗粒由 ')> 个粒径为 >&' ## 的 小 颗 粒 粘 结 而 成 对象颗粒内部小颗粒之间的粘结键总个数为 * (,*
颗粒流动的数值模拟及实验研究
颗粒流动的数值模拟及实验研究颗粒流动是一种复杂的现象，涉及到颗粒间的相互作用、运动规律等多个方面。
为了深入研究颗粒流动的特征和机理，科研工作者们通过数值模拟和实验研究等多种手段，不断地探索和发现着新的知识和成果。
一、颗粒流动的特征颗粒流动是指由多颗粒组成的流体在外力驱动下的运动，其特征主要包括：流态发生变化、颗粒间存在复杂的相互作用、流体的分布形态和粒子的分布均匀性等方面。
二、数值模拟的研究方法数值模拟是通过计算机模拟的手段对颗粒流动进行分析和研究，其研究方法包括：离散元方法、CFD方法等。
离散元方法，即基于颗粒的微观模型，通过模拟颗粒的运动以及颗粒间的相互作用，得出颗粒流动的宏观行为。
这种方法主要适用于颗粒数较少，流动过程中颗粒的相互作用较为复杂的情况。
CFD方法，即计算流体力学，是基于流体的宏观模型，通过建立热力学方程和动量方程，对流动过程进行模拟和计算。
这种方法适用于流体密度较大、流体动力学参数较为简单的情况。
三、实验研究的手段和方法实验研究是通过实际操作和测量对颗粒流动进行分析和研究，其手段和方法包括：流变仪、振荡板等。
流变仪是实验室中常用的颗粒流变测试仪器，通过测量颗粒在不同条件下的流变特性，分析颗粒流动的变化和特征。
振荡板是一种实验装置，通过振动颗粒床，观察颗粒的运动和变化过程，从而研究颗粒流动的特征和规律。
四、数值模拟和实验研究的应用颗粒流动的数值模拟和实验研究在多个领域中都得到了广泛的应用，如：材料科学、工程力学等。
在材料科学中，颗粒流动的数值模拟和实验研究可用于分析材料的流变特性、制备过程中的颗粒分布、粒度分布等，从而优化材料制备工艺，提高产品质量。
在工程力学中，颗粒流动的数值模拟和实验研究可用于分析颗粒在输送过程中的运动特征、优化输送系统的设计、改进输送效率、降低系统的维护成本等。
综上所述，颗粒流动的数值模拟和实验研究，对于深入了解其特征和机理，优化材料制备工艺，提高系统的输送效率等方面都具有重要的意义和作用。
立式循环撞击流反应器三维流场的数值模拟
初 始速度 变化 范 围为 ０ １～１ Ｏ ／ ， 面上 表 压 ． ． ｍ ｓ液
图 ２ Ｖ Ｓ 几 何 模 型 ＣＩＲ
流 动 满 足 的 控 制 方 程 有 连 续 性 方 程 、 ｙ 向 动 量 ｘ ｚ３
为 ０ 壁面满 足无 滑移条 件 ， ， 即相对 速度为 ０ 。 ３ 计算结 果及分 析
应 器 内速 度 场 和 压 力 场 分 布 关 于撞 击 面 对 称 ， 实 了驻 面 的 存 在 ， 流 筒 外 侧 和 撞 击 面 边 缘 存 在 死 区 ； 证 导 由于 导 流 筒 对 流 体 引 导作 用 ， 击 区水 平 面 轴 上速 度 最 大 的 点 出现 在 导 流 筒 近 壁 面 位 置 ； 义 了表 征 撞 定 不 同撞 击 流初 始 速度 下 混合 效 率 无 量 纲 系数 ｋ 且 ｋ 随撞 击 流 初 始速 度 增 加 而 增 大 ， 中 在 ０ １— ， 值 其 ．
应 器实 验 台结构 尺寸 ， 利用 Ｇ ＭＢＴ构造 面和体 ， Ａ Ｉ
建 立 的几何模 型 （ 取对称 部 分 ） 图 ２所 示 。 如
２ ２ 控 制方程 ．
次 被桨 叶通过 导 流筒 推 送进 入撞 击 区 ， 此 反 复 如 循环 。Ｖ ＩＲ具 有 在相 同输 入 有 效 功 率 下 ， 得 ＣＳ 制
称 面处 相 向撞 击 ， 成 一 个 高 速 湍 动 的 撞 击 区。 形
定 义反 应器 底 面 圆 心 为原 点 ， 流 筒 轴 线 为 导
Ｙ轴 ， 直径 向为 轴 ， 平 径 向为 轴 。参 照 反 垂 水
该 区域 流体相 互混 合强烈 ， 大大 强化相 间传 递 。 可
撞击 后 流体沿 壁 面 回流 ， 回流 至 导 流筒 进 口处 再
绕流中颗粒与柱体碰撞和磨损的直接数值模拟
绕流中颗粒与柱体碰撞和磨损的直接数值模拟闫洁;李文春;樊建人;岑可法【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2007(041)004【摘要】为了研究圆柱近壁区颗粒与柱体的碰撞和磨损问题,采用高精度有限差分的方法对圆柱绕流进行了直接数值模拟.在获得高精度计算流场信息的基础上,采用Lagrangian方法追踪了颗粒在圆柱近壁区的运动.利用非弹性碰撞模型的壁面磨损量经验公式,进行了壁面磨损量的计算,详尽考察了不同粒径的颗粒与壁面的碰撞磨损情况.研究发现,随着颗粒粒径的增大,颗粒与壁面的碰撞频率变高;局部碰撞频率的曲线较为特殊,粒径较大颗粒的碰撞多发生在与来流方向平行的中心轴线处,而小粒径颗粒的碰撞则要外移一定的位置.还发现颗粒对壁面的磨损率也是随粒径的增大而增大.颗粒的冲击角对壁面的磨损同样起着至关重要的影响,对于塑性材料,冲击角为20°～30°时,壁面的磨损率最大.【总页数】5页(P589-593)【作者】闫洁;李文春;樊建人;岑可法【作者单位】浙江大学,热能工程研究所,能源洁净利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,热能工程研究所,能源洁净利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,热能工程研究所,能源洁净利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,热能工程研究所,能源洁净利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】O357【相关文献】1.三维气固圆柱绕流颗粒扩散的直接数值模拟 [J], 陈懿;樊建人;任安禄;岑可法2.速度剪切流中圆柱体绕流特性的数值模拟 [J], 周强;曹曙阳;王通;周志勇3.基于颗粒摩擦和碰撞模型的离心泵叶片磨损预测 [J], 程效锐;董富弟;杨从新;赵伟国;张楠4.高炉渣颗粒绕流异形管磨损过程的数值模拟 [J], 郭燕;于庆波;秦勤5.三维射流中颗粒碰撞的直接数值模拟 [J], 闫洁;罗坤;樊建人因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三维喷动流化床流动特性数值模拟
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中图分类号 ：Ｔ ０１ １ Ｑ ．３ ５ 文献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ －７０２ ０ ）４００ －５ ０６８４ （０ ７０ －３９０
Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ｏ ｌ ｗ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｒ ｅ Ｄｉ ｅ ｓｏ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｆＦ ｏ Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｎ Ｔｈ ｅ ． ｍ ｎ ｉ ｎ ｌ Ｓ ｏ ｔＦｌ ｉ ｄ ｐ ｕ － ｕ ｄ Ｂｅ
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游移动，在下游区域形成了较大的椭圆形颗粒轮廓。
不过可以看出，此时扩散出去的颗粒个数是较少的，火部分颗粒直接穿过涡核区向下游运动，所以颗粒发生碰撞的位置主要集中在射流中心颗粒比较集中的区域，如图２（ｃ），（ｄ）所示。
图２不同时刻颗粒碰撞在射流流场中的空间分布
（ａ）ｔ＝１８（ｂ）ｔ＝２６（ｃ）ｔ＝５０（ｄ）ｔ＝６６
妊
懿
譬
捌
崔
耀
酲
岳
喀
堪
图３网格ｑ，最大的颗粒个数和流场中颗粒碰撞的次数随时问的发展
（ａ）网格巾最大的颗粒个数的发展（ｂ）流场中颗粒碰撞次数的发展
３．２颗粒碰撞的次数
为了考察碰撞随时问的演化，图３给山了网格中最大的颗粒个数和流场中颗粒碰撞的
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