撞击流中颗粒运动行为的CFD-DEM模拟

李东晖， 柳 波， 张晓仪， 刘镇业

(中南大学机电工程学院， 湖南长沙410083)

撞击流的概念最早是在20世纪60年代由苏联科学家Elperin提出的[1]。撞击流技术的基本原理是两股高速流体在一个封闭的空间内沿同轴相向运动产生撞击，较高的相对速度使得相互碰撞的两相之间进行大量渗透，从而为相间传质传热提供了有利的条件。随着相关研究的深入，撞击流技术被广泛应用于气体吸收[2-4]、 纳米粒子制备[5]、 燃烧[6-7]、 混合[8-9]、 干燥[10-11]等场合，具有很高的工程应用价值。

目前对于撞击流的相关研究中，有关单相撞击流的研究是较为全面深入的，有关气固两相撞击流的研究相对较少，且研究模型多为单颗粒模型。Wu等[12]采用高阶有限差分法和拉格朗日粒子追踪研究了层流状态下的同轴对称撞击流粒子的运动行为，结果发现粒子的碰撞对粒子的空间分布、速度及停留时间有重要影响。Liu等[13]研究了非对称撞击流的流体流动特性及颗粒运动特性，发现非对称撞击流的撞击区域向低速流体偏移， 相比于对称撞击流能够提高颗粒在撞击区的停留时间。 Liu等[14]用直接模拟蒙特卡罗方法研究了气固两相撞击流的流动特性和入口气体速度和颗粒旋转的影响，发现气相场中形成了两对反向旋转的涡流，冲击区颗粒浓度随气速增大而减小，颗粒的旋转推动粒子逃离冲击区。Sun等[15]采用大涡模拟与离散相相结合的方法研究了圆柱状对撞燃烧炉内的气固两相湍流行为，发现粒径减小及初始气速增加能够有助于离散涡旋的横向扩展，较大初始气速下的颗粒分布更均匀。……