陈荣前 聂德明

(中国计量大学计量测试工程学院，杭州310018)

椭圆颗粒在剪切流中旋转特性的数值研究1)

陈荣前 聂德明2)

(中国计量大学计量测试工程学院，杭州310018)

研究颗粒在流体剪切作用下的运动特性是理解和预测颗粒悬浮流流动行为的关键.当流体的惯性不能忽略时，颗粒的运动往往变得非常复杂.本文采用格子Boltzmann方法对中等雷诺数下椭圆颗粒在剪切流中的旋转运动进行了模拟.首先,研究了雷诺数(0＜Re≤170)的影响,结果表明当雷诺数低于临界值时，颗粒以周期性的方式旋转，角速度最小时对应的长轴方向随着雷诺数的增大而逐渐远离水平方向，而且这一倾角与雷诺数呈分段线性关系；当雷诺数大于临界值时，椭圆形颗粒最终保持静止状态，且静止时的转角与雷诺数呈幂函数关系，雷诺数越大，转角越小，椭圆的长轴越远离水平位置.其次,研究了椭圆颗粒的长短轴之比α(1≤α≤10)的影响，结果表明颗粒旋转的周期与α呈幂函数关系，α越大，颗粒旋转周期越小.此外，当α超过临界值时，颗粒也在水平位置附近保持静止状态，此时的转角与α也呈幂函数关系，α越大，转角越小.研究还发现，当雷诺数较大时椭圆颗粒在旋转过程中会产生过冲现象.

格子Boltzmann方法，剪切流，椭圆颗粒，旋转

引言

由于目前对颗粒与流体相互作用的机理研究尚不完善，因此相关的基础问题，如颗粒在剪切流体中的运动以及颗粒的沉降等两相流问题，一直以来是学者的研究……