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颗粒流体力学的模拟与实验前言颗粒流体力学是近年来发展较为迅速的一个研究领域，其广泛应用于物理、化学、生物、地质、工程等领域。
颗粒流体力学的研究方法主要包括理论模型和实验模拟两种，本文将分别介绍这两种方法的相关知识和研究进展。
第一章颗粒流体力学理论模型颗粒流体力学主要研究的是由大量固体颗粒组成的粒子流体，这些颗粒之间的相互作用力会影响颗粒的运动轨迹和排列形态。
在理论模型研究中，一般采用计算机模拟方法，通过建立数学模型和模拟算法来模拟颗粒流体的运动状态。
一、颗粒流体力学的基本原理颗粒流体力学研究的基本原理是多体动力学模型，即对颗粒之间的相互作用力进行建模，通过动力学方程求解颗粒运动轨迹。
多体动力学模型的基本假设是颗粒之间只有简单的碰撞作用，可以通过弹性碰撞理论来描述颗粒之间的相互作用力。
二、颗粒流体力学模型发展历程颗粒流体力学理论模型的发展历程可以分为三个阶段：1、刚性球体模型最早的颗粒流体力学模型是刚性球体模型，即将颗粒看作刚性球体，通过碰撞理论计算颗粒运动轨迹，但该模型忽略了颗粒自身的形变和流体力学特性。
2、软粒子模型为了考虑颗粒自身的形变和流体力学特性，研究者提出了软粒子模型，该模型将颗粒看作弹性球体，并通过流体动力学原理描述颗粒之间的相互作用力。
3、离散元模型离散元模型是目前应用最广泛的颗粒流体力学模型，该模型将颗粒划分为离散的单元，通过牛顿运动定律和分子动力学方法计算颗粒之间的相互作用力。
离散元模型可以模拟颗粒流体的形变、流动和颗粒分布等运动特性，具有较高的精度和可靠性。
第二章颗粒流体力学实验模拟颗粒流体力学实验模拟是将理论模型应用到实际问题中进行验证和优化的一种手段，通过设计实验装置和实验方案，模拟颗粒流体的运动状态，通过实验数据检验理论模型的可靠性和精度，同时提供重要的实验数据支持。
一、实验方法颗粒流体力学实验模拟可以分为三类方法：1、物理实验物理实验是通过设计实验装置和实验方案来模拟颗粒流体的运动状态，但其受到实验条件的限制，难以进行尺度扩展和参数优化。
工程流体力学中的悬浮颗粒物运动模拟研究悬浮颗粒物在工程流体中的运动模拟研究是工程流体力学领域的重要课题之一。
随着计算机技术的发展和数值模拟方法的成熟，研究人员可以通过数值模拟来了解悬浮颗粒物在工程流体力学中的行为，从而为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
悬浮颗粒物的运动模拟可以通过流体力学和颗粒力学相结合的方法来实现。
这种方法通常称为欧拉－拉格朗日法，即将流体作为连续介质来描述，并用Navier-Stokes方程组来模拟流体流动；同时，将颗粒物作为离散物体，并通过牛顿第二定律来描述其受力和运动。
通过求解Navier-Stokes方程组和颗粒物运动方程，可以计算出悬浮颗粒物在工程流体中的运动轨迹、速度、压力等参数。
在进行悬浮颗粒物运动模拟研究时，需要考虑一系列因素，如颗粒物的物理性质、流体的流动性质、颗粒物之间的相互作用等。
首先，颗粒物的物理性质包括颗粒粒径、密度、形状等，这些参数对颗粒物运动的速度和轨迹都有重要影响；其次，流体的流动性质包括流速、粘性、密度等，这些参数决定了颗粒物在流体中的受力情况；最后，颗粒物之间的相互作用则影响颗粒物的聚集和分散行为，直接影响到颗粒物的整体运动。
悬浮颗粒物运动模拟研究在多个工程领域具有广泛应用。
在环境工程领域，可以通过模拟颗粒物在气流中的运动来研究大气扩散和颗粒物污染物的输送；在石油工程领域，可以模拟颗粒物在油井中的运动来研究油气产能和油井堵塞等问题；在化工工程领域，可以模拟颗粒物在流体中的运动来研究颗粒物的分离和混合等过程。
当前，研究人员在悬浮颗粒物运动模拟方面面临一些挑战和难题。
首先，悬浮颗粒物的运动是一个多尺度和多物理过程耦合的问题，需要建立合适的数值模型和求解方法；其次，悬浮颗粒物的运动受到流动的影响，需要考虑颗粒物与流体之间的相互作用；最后，大规模悬浮颗粒物运动模拟需要高性能计算资源的支持，需要开发高效的并行计算算法。
为了解决这些问题，研究人员采用了各种方法和技术。
流畅中DPM粒子轨迹一、概述在流体力学和颗粒动力学模拟中，离散相方法（DPM）是一种常用的数值模拟方法，用来描述颗粒在流体介质中的运动轨迹。
DPM方法利用Lagrangian方法跟踪颗粒的轨迹，能够较好地模拟颗粒在流场中的运动行为。
在流畅（Fluent）这一流体力学软件中，DPM粒子轨迹的模拟是一个重要的研究领域，能够为颗粒运动相关的科学问题提供重要的数值和理论基础。
二、 DPM粒子轨迹模拟原理1. Lagrangian插值方法DPM方法通过Lagrangian插值方法来模拟颗粒在流场中的运动轨迹。
在每一个离散时间步长内，DPM方法根据流场中的流体速度场来计算颗粒在下一个时间步长内的位置。
通过Lagrangian插值方法，DPM方法能够精确地跟踪颗粒的轨迹，并考虑到流场中的湍流运动对颗粒运动的影响。
2. 颗粒-流体相互作用模型DPM方法中的颗粒-流体相互作用模型能够有效地描述颗粒在流场中的运动行为。
通过考虑颗粒与流体之间的相互作用力，DPM方法能够模拟颗粒在流场中的沉降、扩散、聚集等运动行为，对颗粒在流场中的输运过程进行了准确的描述。
3. 轨迹后处理分析流畅软件提供了丰富的轨迹后处理分析工具，能够对DPM方法模拟得到的颗粒轨迹进行详细的分析。
通过轨迹后处理分析，研究人员能够了解颗粒在流场中的运动规律，探讨颗粒在流场中的输运特性，对颗粒颗粒-流体相互作用行为进行全面的研究。
三、 DPM粒子轨迹模拟在颗粒输运研究中的应用1. 大气颗粒输运DPM粒子轨迹模拟在大气颗粒输运研究中有着重要的应用价值。
通过DPM方法，研究人员能够模拟大气中颗粒物质的扩散、沉降等过程，为空气质量预测和大气环境监测提供重要的数值模拟支持。
2. 流化床颗粒运动流化床是一种重要的颗粒系统，在化工工艺中有着广泛的应用。
DPM粒子轨迹模拟能够为流化床颗粒运动的研究提供重要的数值模拟手段，帮助改进流化床的设计和操作。
3. 生物颗粒输运在生物工程领域，颗粒在生物流体中的输运行为对于生物反应器的设计和生物学过程的理解具有重要意义。
自然通风下室内细颗粒物运动模拟分析PM2.5是指空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为细颗粒物或可入肺颗粒物，易沉积于人体内部不易排出，造成人体的免疫功能衰退，产生一系列有关呼吸系统疾病。
高校作为典型的人员密集场所，有着严格的室内空气品质要求。
本文以沈阳市某高校多媒体教室为研究对象，通过Gambit建立物理模型进行网格划分，并运用fluent模拟软件，研究分析了风速0.5 m/s、1 m/s、2 m/s工况下，室内PM2.5速度场与浓度场的分布。
研究发现，细颗粒物气流跟随性强，在入冬时期室外细颗粒物浓度高、风速大，不易开窗换气。
标签：PM2.5；室内细颗粒物；运动模拟分析0 引言大气颗粒物是影响大气环境的一个重要因素，雾霾天气的持续且越加剧烈的出现，吸引了人们越来越多的视野。
室外颗粒物浓度的高低直接的决定了室内空气品质的优劣。
而人们生活和工作的80%时间都是在室内活动，对于某些弱势群体则需要更多的时间。
室外风速变化频率高，不易控制。
通过数值模拟能够有效的分析颗粒物随风速的改变从室外到室内传输轨迹的影响。
1 数值模拟分析1.1 物理模型建立以沈阳市内某高校多媒体教室作为本次模拟分析的研究对象。
所选教室位于沈阳市东南部，全年夏季以东南风为主导风向，冬季则为西北风，全年平均风速达到4.4m/s，7月-9月份平均风速为2.8m/s。
高校教室位于建筑物二层，室内房间尺寸为：7.5×5.84×3.6（m），房间内布两人课桌15张，多媒体讲台1个，讲桌1张，黑板等一些相关配套设施。
由于本文研究室外细颗粒物随不同风速传入室内轨迹，为研究更具有针对性，在模拟时简化室内物体均为长方形。
其大小分别为：1.2×0.4×0.8（m）、0.89×0.5×1.15（m）、1.3×0.7×0.42（m）。
房间视图见图1。
本文研究自然通风形式下的室内PM2.5的运动规律，在简化室内装置布局的基础上，进一步简化没有室内PM2.5发散源。
颗粒运动仿真案例一、简介颗粒运动仿真是指通过计算机模拟和模型构建，对颗粒在不同环境下的运动行为进行模拟和分析的过程。
颗粒运动仿真广泛应用于材料科学、化学工程、生物医学等领域。
下面列举了十个颗粒运动仿真案例，以展示其在不同领域的应用。
二、颗粒在粉体流动中的运动仿真粉体流动是许多工程领域的重要问题。
通过颗粒运动仿真，可以模拟和分析颗粒在粉体中的运动行为，帮助优化工艺设计和提高生产效率。
三、颗粒在颗粒流中的碰撞与传递仿真颗粒在颗粒流中的碰撞与传递是颗粒物料输送和分离过程中的重要问题。
通过颗粒运动仿真，可以研究颗粒流中颗粒之间的碰撞与传递行为，优化设备设计和提高分离效率。
四、颗粒在颗粒床中的堆积仿真颗粒床是许多工艺过程中常见的装置，如固体床反应器、颗粒过滤器等。
通过颗粒运动仿真，可以模拟和分析颗粒在床层中的堆积行为，优化床层结构和提高反应效率。
五、颗粒在颗粒床中的流动与混合仿真颗粒床中的颗粒流动与混合是许多颗粒物料处理过程中的关键环节。
通过颗粒运动仿真，可以研究颗粒在床层中的流动与混合行为，优化设备结构和提高产品质量。
六、颗粒在颗粒床中的压缩与变形仿真颗粒床的压缩与变形对于许多工艺过程的效果和稳定性有重要影响。
通过颗粒运动仿真，可以模拟和分析颗粒在床层中的压缩与变形行为，优化操作条件和提高产品品质。
七、颗粒在颗粒流中的分散与聚集仿真颗粒流中的颗粒分散与聚集对于颗粒物料的输送和分离性能具有重要影响。
通过颗粒运动仿真，可以研究颗粒流中颗粒的分散与聚集行为，优化设备结构和提高分离效率。
八、颗粒在颗粒流中的滑移与堵塞仿真颗粒流中的颗粒滑移与堵塞是许多颗粒物料输送过程中常见的问题。
通过颗粒运动仿真，可以模拟和分析颗粒流中颗粒的滑移与堵塞行为，优化输送系统设计和提高运输效率。
九、颗粒在颗粒流中的分离与分级仿真颗粒分离与分级是许多颗粒物料处理过程中的关键步骤。
通过颗粒运动仿真，可以研究颗粒流中颗粒的分离与分级行为，优化设备设计和提高产品质量。
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。
颗粒流动的数值模拟与优化引言颗粒流动是指颗粒物质在流体中的运动过程，广泛应用于化工、冶金、石油等工业领域。
数值模拟与优化方法可以帮助工程师们更好地理解和研究颗粒流动的特性，以及提高流动过程的效率和安全性。
本文将介绍颗粒流动的数值模拟方法、常用的建模技术以及优化方法。
数值模拟方法离散元法（DEM）离散元法是一种常用的颗粒流动数值模拟方法。
它将颗粒物质视为一系列个体，通过粒子间的相互作用力和运动方程来描述颗粒的运动过程。
离散元法可以模拟颗粒的运动、碰撞、破碎等复杂过程，广泛应用于颗粒流动的研究和工程实践中。
计算流体力学（CFD）计算流体力学是一种基于数值方法对流体流动进行建模和模拟的方法。
在颗粒流动研究中，计算流体力学可以用来描述颗粒与流体之间的相互作用。
通过求解流动场和颗粒场的耦合问题，可以得到颗粒的运动轨迹、速度分布等信息。
计算流体力学方法适用于颗粒流动的大规模模拟，能够提供详细的流动动态信息。
多尺度模拟方法多尺度模拟方法可以将颗粒流动问题从微观到宏观不同尺度进行建模和模拟。
这种方法结合了离散元法和计算流体力学方法的优点，可以在保持精度的同时大大减少计算量。
多尺度模拟方法为颗粒流动的数值模拟提供了一种全新的思路和方式。
建模技术颗粒形状模型颗粒形状模型在颗粒流动的数值模拟中起着重要的作用。
一般情况下，颗粒形状可以通过几何模型、离散元法或者实验测量得到。
根据颗粒的形状特征，可以选择合适的模型来描述颗粒的运动和相互作用。
颗粒间相互作用模型颗粒间的相互作用力是颗粒流动模拟中的一个重要问题。
常用的相互作用力模型有弹簧弹性力模型、摩擦力模型、黏滞力模型等。
通过合理选择相互作用力模型，可以准确描述颗粒的碰撞、粘附和破碎等过程。
流体-颗粒耦合模型在颗粒流动的数值模拟中，流体-颗粒耦合模型是一个关键问题。
通过求解流体场和颗粒场的耦合问题，可以得到精确的颗粒运动和流体流动的信息。
常用的耦合方法有雅各比迭代方法、隐式耦合方法等。
颗粒流动的数值模拟及优化颗粒流动是指一些具有一定大小和形状的固体颗粒在液体和气体中运动的现象。
该现象有着广泛的应用，例如在化工和冶金工业中进行炉内燃烧、煤气化和坩埚烧制等方面，都需要对颗粒的运动规律进行深入的理解和研究。
如何对颗粒流动进行数值模拟和优化呢？数值模拟可以帮助研究者对颗粒流动进行更加细致的分析，并可以根据模拟结果进行优化，以改善颗粒流动过程中出现的一些问题。
本文将从模型建立、数值方法和优化方法三个方面来介绍颗粒流动的数值模拟和优化。
模型建立对于颗粒流动的数值模拟，首先需要建立一个数学模型。
为了更加真实地模拟颗粒流动，需要考虑多种因素的影响，例如颗粒之间的碰撞、内部运动形态以及外部流体的作用力等。
其中，颗粒之间的碰撞模型是数值模拟中重要的一环。
通常采用离散元法进行数值模拟，即将颗粒看作一个个离散的物体，在其内部和与邻近颗粒的碰撞等运动行为中，可用牛顿运动定律和胡克定律等经典力学原理加以描述。
另外一个需要考虑的因素是颗粒的内部运动形态。
由于颗粒在流动过程中受到各种因素的影响，例如重力、离心力和黏滞阻力等，因此颗粒内部的形态可能会发生变化，例如塌落、流动和振荡等，这些因素也需要在数值模拟中进行考虑。
数值方法数值模拟中的数值方法通常包括两种，即离散方法和连续方法。
其中离散方法主要是指将颗粒看作一个个离散的物体，在其内部和与邻近颗粒的碰撞等运动行为中，可用牛顿运动定律和胡克定律等经典力学原理加以描述。
在离散方法中，常用的数值方法包括欧拉法和隐式法。
欧拉法是一种简单的方法，但是由于其精度较低，容易出现数值不稳定问题，故较少采用。
相对而言，隐式法精度较高，而且比欧拉法更加稳定，因此在颗粒流动的数值模拟中，隐式法较为常用。
除了离散方法，连续方法也是常用的数值方法之一。
在连续方法中，运用到的是连续介质的概念，即将颗粒看作连续的介质进行模拟。
利用连续方法建立的模型能够更好地描述流体中颗粒的流动行为，例如声波在流体中的传播和流体中颗粒的输运等。
fluent 颗粒轨迹法颗粒轨迹法（Discrete Element Method，简称DEM）是一种数值模拟方法，广泛应用于颗粒运动和固体颗粒的力学行为研究中。
它基于颗粒单元之间的相互作用力和运动规律，模拟颗粒在不同环境中的运动和变形，具有较高的精度和可靠性。
本文旨在介绍颗粒轨迹法的基本原理、应用领域以及该方法在科学研究和工程实践中的价值。
一、颗粒轨迹法的基本原理颗粒轨迹法基于对颗粒和固体的离散建模，并模拟颗粒之间的相互作用力和运动规律，从而推断颗粒的运动轨迹。
它的基本原理可以概括为以下几个步骤：1. 颗粒离散化：将研究对象（如颗粒堆、颗粒流动等）划分为许多小颗粒，并对每个小颗粒进行参数化描述，如质量、形状、运动状态等。
2. 相互作用力模型：确定颗粒之间的相互作用力，并根据不同的场景和颗粒性质选择合适的模型。
常见的相互作用力模型包括弹簧-阻尼模型、Hertz接触力模型等。
3. 运动方程求解：根据颗粒的质量、受力情况和初始边界条件，求解颗粒的运动方程，如牛顿第二定律等。
通过迭代求解，可以得到颗粒在不同时间步长下的位置和速度等信息。
4. 边界条件处理：对于处于系统边界位置的颗粒，需要考虑边界条件对其运动的影响，如墙面反射、约束条件等。
5. 时间步进：按照预设的时间步长，不断更新颗粒的位置和速度，推进颗粒的运动轨迹。
同时，对于颗粒之间的相互作用力，也需要进行迭代计算。
二、颗粒轨迹法的应用领域颗粒轨迹法的应用领域非常广泛，涉及材料科学、土力学、生物力学、流体力学等多个领域。
以下为其常见的应用场景：1. 颗粒流动：用于模拟颗粒物质在管道、喷嘴等装置中的流动行为，研究颗粒的输送、堵塞以及流体力学特性。
2. 地质工程：用于研究土壤、岩石等颗粒材料的力学特性、变形行为和崩塌机制，为土木工程和矿山开发提供科学依据。
3. 粉体工程：用于模拟粉体的流动、混合、分离等过程，优化工业装置的设计和操作参数，提高生产效率和质量。
2021.17科学技术创新基于D P M 模型的T 型管颗粒运动轨迹模拟仿真吴辉刘婷*阳勇唐汇军殷旺(湖南交通工程学院机电工程学院,湖南衡阳421001)T 型管应用领域十分广泛,日常生活中大量应用T 型管进行流体的分流,在化工实验中常用T 型管来排除水蒸气导管中的冷却水,此外,医学上也应用柔软无刺激的T 型管进行引流、支撑和吸引。
[1-3]以天然气输送为例,天然气在管道输送过程中高速流动,因此天然气含有的高速固体碎屑和颗粒(金属微屑和灰尘颗粒)等会对管道壁面及接口形成冲击磨损,最终给天然气输送管线及其特殊的管道构件带来极大的安全隐患,而D M P 模型在研究上述的能源、排污等领域颗粒冲蚀问题都有很好的结果。
针对上述问题,前人进行了一系列相关研究,探究产生冲蚀的机理和影响冲蚀的因素。
针对天然气管道弯头处的冲蚀情况进行研究,利用CFD 模拟研究弯头的冲蚀失效机理,并通过分析弯头处的速度场和压力场指出弯头大弧面处为危险截面。
通过建立天然气管道气固两相的流动方程,利用数值模拟的方法来分析求解气固混合物冲蚀能量,利用能量的变化规律来分析冲蚀的机理。
从前人研究的结果可以发现影响管道冲蚀的因素有很多,其中管道的结构特点是影响管道冲蚀的一个非常关键的因素。
目前针对天然气管道中T 型管件冲蚀的研究还不太多。
为此,利用FLU EN T 模拟T 型管内的颗粒运动,通过模拟结果来分析冲蚀与颗粒运动的关系,为生产中消除相应的安全隐患提供参考依据。
[4-7]1D P M 理论1.1力平衡平衡通过对直角坐标系下粒子的作用力微分方程进行积分来求解离散粒子(液滴或固体粒子)运动轨道。
粒子作用力(作用在粒子表面及体积上的各种力)平衡微分方程的笛卡尔坐标系形式为:(1)其中,粒子质量力F D 为(2)u 为流体流动速度,u p 为粒子运动速度,μ为流体的动力粘度,ρ为流体的单位密度,ρp 为粒子单位密度,d p 为粒子的平均直径,R e 为粒子的相对雷诺数,其大小为(3)拉力系数C 大小为:(4)对球形粒子,当雷诺数在一定范围内,C D 采用如下表达式:(5)1.2D PM 模型边界条件当粒子与管道壁面进行碰撞时,将可能发生以下几种情况之一:(1)粒子发生非弹性的或弹性的碰撞反射。
室内悬浮颗粒的数值模拟 湖南大学李孔清龚光彩汤广发摘 要：本文应用多流体模型和小滑移模型对一１０００级电子洁净厂房分别进行了数值仿真，得到了流场，温度场及颗粒分布等有用信息，并与实验所测数据进行了比较。
文中分析比较了这两种模型的优缺点及其精度，得出在一定的条件下，多流体模型比小滑移模型更适合模拟洁净室中稀疏悬浮颗粒。
关键词：悬浮颗粒，数值模拟，多流体模型，小滑移模型 ABSTRACT: Multi-Fluid model(MF) and No-Slip(NS) model have been applied to numerically simulate a electronic clean workshop of class 1000 respectively in this paper. Information about flow pattern, temperature distribution as well as particulate distribution etc have been attained from the simulation result and comparison has been made against experimental test data. Conclusions have been made through analytic comparison of both advantage and disadvantage as well as accuracy between two models that MF performs better than NS in the simulation of sparse suspension particle in clean room under certain circumstances.KEYWORDS: Suspension particle, Numerical simulation, Multifluid model, No-slip model主要符号表拉丁字母符号希腊字母符号下脚标u 速度μ动力粘性系数 k 颗粒k 湍流动能ε湍流动能耗散率 i,j,k 坐标方向n 颗粒数密度ν运动粘性系数 T 湍流的p 压力ρ密度G k平均流产生项σ普朗特数G b 浮力产生相τ时间尺度g 重力加速度０ 引言 气粒两相流是自然界普遍存在的流动现象。
研究其运动规律有助于更好地解释、理解自然界和工程界有关现象，并在实践中加以利用，改进和完善现有设备、设施。
两相流技术在生产、生活中运用也日渐广泛，并逐渐渗透到各行各业，各个生产工艺或过程中。
理解颗粒的输运过程或运动规律是设计净化系统或设备及采样仪器仪表的基础。
通过干燥或去湿来提取空气中含有的特殊物质也取决于颗粒的输运过程。
不同时期由于其应用水平和要求及研究方法与手段的不同，研究的内容和深度也不一样。
本文采用ＣＦＤ技术与实验相结合的方法对室内悬浮稀疏颗粒的运动进行了数值仿真，对不同的颗粒模型进行了对比研究。
１ 计算对象 本文的计算对象为某厂１０００级的洁净厂房。
房间尺寸为７．６×４×２．５（长×宽×高，单位：ｍ）。
其物理模型如图１所示：在顶棚上均匀布置四个５００ｍｍ×５００ｍｍ的送风口。
在长度方向两侧各布置３个６００ｍｍ×４００ｍｍ回风口。
房间周围均为空调厂房，洁净度为１００００级。
本次数值仿真与试验是应建设方的要求，对其洁净厂房在建成后进行的一次数值验证。
１．１ 网格划分 对上述对象在ｘ，ｙ和ｚ方向分别划分成６３，３５，和２７个网格。
在入口处和出口处对网格进行了加密，共５９５３５个节点，网格形状为长方体。
具体网格划分如图２所示： １．２ 网格不均匀性分析ｘ方向网格最大间距与最小间距之比为：１：０．３８６。
ｙ方向网格最大间距与最小间距之比为：１：０．４４４。
ｚ方向网格最大间距与最小间距之比为：１：０．６６０。
总体网格最大间距与最小间距之比为：１：０．３４３。
２ 数学模型 本次研究采用文献１提供的颗粒数学模型，并正对室内悬浮颗粒为稀疏悬浮颗粒这一特性作了适当简化（具体见文献２）。
研究中选择多流体模型和小滑移模型两种模型作为基础。
自行开发了ＭＦＣ程序对此对象进行了数值计算。
其中所用的数学物理模型如下： ２．１ 多流体模型 此模型为假设颗粒相在微观上同样遵循Ｎ－Ｓ方程，采用体积平均的方法对层流方程进行了第一次处理，然后再按雷诺时平均对其所得方程进行处理。
其控制方程如下： 气相连续方程： 0)(=∂∂j jv x ρ （１） 颗粒相连续方程：()∂∂∂∂=∂∂j p k p j pj p j x n x v n x σν （２） 气相动量方程： ()rk i ki k i j i i j e ji i j j v v n g x v x v x x p v v x τρµρ/)(−+∇+∂∂+∂∂∂∂+∂∂−=∂∂ （３） 颗粒相动量方程： 图1 1000级洁净室图2 网格分布() ∂∂+∂∂∂∂+ ∂∂+∂∂∂∂+−+=∂∂j k ki i k kj k k j jki i kj k k j rk ki i k i k kj ki k j x n v x n v x x v x v n x v v n g n v v n x σνντ)( （４） 气体的紊流动能与耗散率方程由于篇幅所限没有在此列出，具体参见文献１。
显然上述方程组不能封闭，颗粒的湍流粘性系数νｋ未知，在实践中，不同学者提出了不同的封闭方程的方法。
一种简单的方法是使用Ｈｉｎｚｅ－Ｔｃｈｅｎ颗粒湍流粘性系数模型，有点类似单相流中混合长度模型。
其表达式为： 11− +=T rk T k ττνν （5） ２．２ 小滑移模型 从２０世纪５０年代到６０年代，Ｍａｒｂｌｅ和Ｓ．Ｌ．Ｓｏｏ提出了连续介质模型即颗粒拟流体模型。
在此模型中，或者颗粒相对流体流动的影响被认为是小扰动，或者该影响可以忽略不计。
模型中假设颗粒的运动由流体流动单纯引起，流体与颗粒间的速度滑移相对平均流动来讲是小量。
这一滑移看作是颗粒扩散的结果。
在这一模型中，流体部分的控制方程仍如前一节。
颗粒相只有连续性方程，其表达式如式（６）。
∂∂∂∂=∂∂i k k e i i i k x x x v ρσµρ （６） 3 模拟结果３．１ 模拟工况 模拟的工况为送风速度２ｍ／ｓ，使用的模型为多流体模型和小滑移模型。
迭代次数为２００００次。
收敛指标为０．０００１（前后两次迭代的误差值）和所有压力源项之和小于１．ｅ－３。
多流体模型运行时间为８ｈ ７ｍｉｎ １１ｓｅｃ（Ｐｅｎｔｉｕｍ Ⅳ２．４Ｇ，５１２Ｍ）。
所得结果部分图示如下（图中未注明所用模型的为多流体模型模拟结果）： 图3 y-z 断面速度矢量图(x=1.9m) 图4 y-z 断面0.5μm 颗粒数密度分布(x=5.7m)图5 x-y断面速度矢量图(z=0.28m)图6 x-z断面速度矢量图(y=1m)图7 y-z断面紊流动能分布(x=1.9m) 图8 y-z断面紊流动能耗散率分布(x=1.9图9 y-z断面温度分布(x=5.7m) 图10 颗粒与实际测量值比较(y=3m,z=0.6m)(a) 小滑移模型 (b) 多流体模型图11 x=1.9m截面颗粒数密度分布4 结果分析与结论在计算条件下，室内气流运动是典型的紊流，雷诺数是６．３６９×１０４。
比较湍流粘度和层流粘度可知，湍流扩散比分子扩散大得多，流态已经进入自模区，不同送风速度下，流场基本相似也证明了这一点。
最大的湍流粘性是０．０５３８，是层流粘性的３４２６倍。
最大的紊流动能是０．１４１３（ｍ／ｓ）２。
非常明显紊流动能最大值发生在速度发生突变的地方，如射流接近地板处。
颗粒的最大湍流运动粘性系数为０．０４，相当流体湍流粘性系数的７４％。
从气流速度与实验值比较和图１０颗粒分布与实测值相较发现：速度在主流区的值比实测值偏高，而两侧靠墙区域测量值比模拟的结果要低。
分析其原因主要有以下两点：一是模型本身存在的问题，高雷诺数模型本身对靠近墙壁附近的流场模拟不准，这是大家公认的事实；另一个原因是测量仪器在测量时由于仪器的介入和测试人员的存在对流场产生了扰动，造成测量值存在误差。
但其趋势两者是一样的，基本上可以认为模拟的结果是可靠的。
颗粒数模拟的结果发现，其值大部分都偏低，原因也有上面的两点，另外一个重要的方面是测试时房间中存在生产机器，外来人员的突然进入本身对流场中的颗粒分布发生了重要影响，也就是说实测时房间中存在产尘源，而在模拟的过程中却未能考虑这一方面的影响，也就说比较的基准存在偏差。
两种模型仿真的气相速度场相近，说明在稀疏悬浮颗粒流动中，颗粒对气相的影响相当小。
但同时发现不同的模型，所模拟出来的颗粒分布相居甚远。
究其原因有以下几点：一是小滑移模型是基于颗粒跟随流体流动，类似于组分扩散，未能揭示颗粒流组分扩散的根本区别；二是小滑移模型的确定人为影响大，无试验依据，而多流体模型在揭示颗粒流的物理本质上概中所用的经验常数σｋ念明确，数理逻辑严谨些；三是小滑移忽略了颗粒相与气相之间存在速度滑移和动量交换的客观事实。
加上实测数据的说明，在此次研究中，多流体模型较小滑移模型准确，但不能一概而论，尚需作更多的研究。
综上所述，室内悬浮颗粒的数值研究对预报室内的悬浮颗粒的分布具有较强的实用价值，有一定的准确性，但仍需要在完善模型，边界处理等方面做更多的工作。
参考文献１．周力行．陈文芳译． 湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模拟．北京：科学出版社，１９９４ ２．李孔清．室内悬浮颗粒数值模拟及辐射研究：［硕士学位论文］．湖南：湖南大学，２００３ 通讯作者地址：湖南大学研１２舍－２－３０６室，邮编：４１００８２ Ｅ－ｍａｉｌ： ｌｉｋｏｎｇｑｉｎｇｈｖａｃ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ 。
