## 留言板 Re数层流管道中颗粒聚集特性的数值研究

 引用本文: 刘唐京，王企鲲，邹赫. 高Re数层流管道中颗粒聚集特性的数值研究 [J]. 应用数学和力学，2023，44（1）：70-79 LIU Tangjing, WANG Qikun, ZOU He. Numerical Investigation of Particle Focusing Patterns in Laminar Pipe Flow With High Reynolds Numbers[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2023, 44(1): 70-79. doi: 10.21656/1000-0887.430075
 Citation: LIU Tangjing, WANG Qikun, ZOU He. Numerical Investigation of Particle Focusing Patterns in Laminar Pipe Flow With High Reynolds Numbers[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2023, 44(1): 70-79. • 中图分类号: O359

## Numerical Investigation of Particle Focusing Patterns in Laminar Pipe Flow With High Reynolds Numbers

• 摘要:

该文基于“相对运动模型”对高Re数层流管道中颗粒的惯性聚集特性进行了数值模拟。为了解决高Re数流长管道问题，对管道进、出口施加了周期性边界条件。研究结果表明，采用周期性边界条件可以有效地减小计算域，选用L=4D的管道便可计算出高Re数管流中颗粒的受力特性。与低Re数不同的是：随着Re数的不断增大，颗粒在径向上的升力不再呈类抛物线分布，升力曲线在r + =0.5 ~ 0.7之间出现一个下凹的区域，在这个区域内有出现新聚集点的趋势，并且用a + =1/17的颗粒在Re>1 000时得到了这个新聚集点的位置。此外，通过对流场进行分析，发现颗粒的周围有二次流产生，其强度随着Re数的增大以及颗粒向壁面靠近逐渐增强，而二次流的产生影响了颗粒升力空间分布。

• 图  1  计算模型示意图

Figure  1.  The sketch for the numerical model

图  2  网格示意图：（a）管道网格；（b）颗粒周围网格

Figure  2.  Schematic diagrams of the grids: （a） pipeline grid; （b） grids around particle

图  3  网格无关性验证

Figure  3.  Grid independence verifications

图  4  不同边界条件的模拟结果

Figure  4.  Simulation results under different boundary conditions

图  5  不同周期长度下的升力分布

Figure  5.  The lift distribution under different period lengths

图  6  不同周期长度下的扰动强度对比：（a） L=2D；（b） L=3D；（c） L=4D；（d） L=5D

Figure  6.  Comparisons of disturbance intensities under different period lengths: （a） L=2D; （b） L=3D; （c） L=4D; （d） L=5D

图  7  Re=800的计算结果：（a） 升力分布；（b） 扰动强度

Figure  7.  Calculation results for Re=800: （a） lift distribution; （b） disturbance intensity

图  8  不同Re下颗粒的升力分布：（a） Re=50；（b） Re=350；（c） Re=500；（d） Re=800

Figure  8.  The lift distribution of particles under different values of Re: （a） Re=50; （b） Re=350; （c） Re=500; （d） Re=800

图  9  a + =1/17，Re≥1 000的计算结果：（a） Re=1 600时的扰动强度；（b） 升力分布

Figure  9.  The calculation results of a + =1/17, Re≥1 000: （a） the disturbance intensity at Re=1 600; （b） the lift distribution

图  10  x=0截面的速度云图和矢量图（r + =0.4）：（a） Re=50；（b） Re=350；（c） Re=500；（d） Re=800

Figure  10.  Velocity contours and velocity vectors of section x = 0 （r + =0.4）: （a） Re=50; （b） Re=350; （c） Re=500; （d） Re=800

图  11  x=0截面的速度云图和矢量图（r + =0.6）：（a） Re=50；（b） Re=350；（c） Re=500；（d） Re=800

Figure  11.  Velocity contours and velocity vectors of section x = 0（r + =0.6）: （a） Re=50; （b） Re=350; （c） Re=500; （d） Re=800

图  12  x=0截面的速度云图和矢量图（r + =0.8）：（a） Re=50；（b） Re=350；（c） Re=500；（d） Re=800

注　为了解释图中的颜色，读者可以参考本文的电子网页版本。

Figure  12.  Velocity contours and velocity vectors of section x = 0 （r + =0.8）: （a） Re=50; （b） Re=350; （c） Re=500; （d） Re=800

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##### 出版历程
• 收稿日期:  2022-03-08
• 修回日期:  2022-07-11
• 网络出版日期:  2023-01-03
• 刊出日期:  2023-01-01

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