华中科技大学：宽径比圆柱形颗粒的流体动力和扭矩模型
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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Physics of Fluids
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Hydrodynamic force and torque models for cylindrical particles in a wide range of aspect ratios
Wang J.; Chen X.; Ma L.; Jiang M.; Fang Q.; Tan P.; Zhang C.; Chen G.; Yin C.
Published：2024-04-01
DOI：10.1063/5.0200183
研究背景
在燃煤电站锅炉中生物质的气力输送过程中，生物质颗粒通常呈现不同长宽比的圆柱形状。它们以不同角度在流体中移动并强烈旋转。然而，针对生物质颗粒在广泛长宽比范围内的阻力、升力和扭矩系数（C<sub>D</sub>、C<sub>L</sub>和C<sub>T</sub>）的高度准确且通用的模型目前尚缺乏。这篇论文通过详细的直接数值模拟，研究了在不同长宽比（6 ≤ AR ≤ 22）、雷诺数（100 ≤ Re ≤ 2000）和入射角度（0° ≤ θ ≤ 90°）下圆柱颗粒周围的流动。模拟采用了OpenFOAM求解器和体适应网格方法进行。对具有不同长宽比的圆柱颗粒的流动特性和力系数进行了系统分析，建立了C<sub>D</sub>、C<sub>L</sub>和C<sub>T</sub>与长宽比、雷诺数和入射角度之间的新功能关联。新模型的平均平方误差分别为8.8 × 10<sup>-2</sup>、2.4 × 10<sup>-2</sup>和4.7 × 10<sup>-2</sup>，平均相对误差分别为5.8%、3.5%和8.17%。
研究内容
该研究主要解决了在生物质能源利用中，圆柱颗粒在不同长宽比下的气力特性建模问题。通过直接数值模拟，建立了新的力和扭矩模型，为欧拉-拉格朗日模拟提供了更准确的数据。新模型的应用范围扩展到了长宽比为1.5和3的情况，从而提高了生物质颗粒流的模拟精度。
研究意义
这项研究的创新点在于建立了更为准确的圆柱颗粒气动力学模型，填补了当前长宽比较高时C<sub>T</sub>模型的空白。通过与之前文献中的实验和模拟数据进行比较，新的C<sub>D</sub>和C<sub>L</sub>模型表现出更高的预测能力。这些新的力和扭矩模型有望提高生物质能源领域中各种圆柱颗粒流的欧拉-拉格朗日模拟的准确性。
希望这篇文章能够帮助你更好地了解这项研究的重要性和价值！
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