基于计算流体力学-离散单元法耦合的粗糙壁面颗粒趋壁沉积过程的数值模拟

刘 岩，秦 攀，洪文鹏

(1. 中电华创(苏州)电力技术研究有限公司，苏州 215123； 2. 东北电力大学能源与动力工程学院，吉林 132012)

细微颗粒物在日常生活和生产中普遍存在。粒径小于10μm的颗粒能够进入上呼吸道甚至深入肺部，引起呼吸系统疾病[1-2]；而10μm以上的颗粒沉积在室内会导致材料退化，如艺术品和电子设备受损[3]，如何降低室内颗粒物浓度成为当前建筑环境研究领域的热点问题之一。建筑物中的通风和空调系统作为室内外空气交换的主要场所，室内颗粒浓度与颗粒在通风和空调系统管道中的输运及沉积现象密切相关[4]。

近几十年来，许多学者从理论、实验和模拟3个方面对粗糙壁面颗粒沉积机理和求解方法开展了大量研究。发现虽然通过理论[5-6]和实验[7-10]得到的颗粒沉积速率和无量纲弛豫时间关系曲线变化趋势一致，但是无量纲沉积速率差值最大达到1～2个数量级[4-9]。理论研究更多是根据实际经验得到半经验解，而实验很难捕捉到所有重要信息，因此，仅通过理论和实验对粗糙壁面颗粒行为研究具有一定挑战。

目前计算流体力学(computational fluid dyna-mics，CFD)对颗粒沉积应用比较广泛，能够提供更详细的流场和颗粒行为信息。采用直接数值模拟、大涡模拟和分离涡模拟方法进行求解计算成本过高，只有部分学者采用此方法对粗糙壁面表面粗糙度、颗粒再悬浮和多层沉积过程进行研究[11-14]。相比以上3种方法，雷诺应力模型应用最为广泛。学者们主要通过改变粗糙元……