中等雷诺数双分散悬浮系统流固曳力以及固固曳力

采用一套全解析数值方法模拟了颗粒可自由移动的双分散悬浮系统,并对文献中已有的流固以及固固曳力公式的准确性进行了检验。模拟的参数范围为整体固含率0.1, 0.2, 0.3,粒径比1.5和2,小颗粒固含率占比0.1, 0.3, 0.5,颗粒-流体密度比10, 100, 500, 1000,整体颗粒雷诺数10, 20, 50。结果显示,对于流固曳力的预测,文献中已有的三类公式中静态均匀系统公式最准,动态悬浮系统公式次之,单分散扩展公式最差。进一步分析发现双分散悬浮系统流固曳力受局部固含率、颗粒相间滑移速度、颗粒拟温度、颗粒Stokes数以及颗粒微结构的影响。在这些因素的共同作用下,流固曳力随颗粒-流体密度比变化不明显,小颗粒相与大颗粒相的流固曳力差异小于静态均匀系统。对于固固曳力的预测,当颗粒-流体密度比等于10或100时,润滑力的作用会使碰撞次数在不同颗粒对之间分布不均,导致分子混乱假设不成立,基于颗粒动力学理论的公式远远高估固固曳力。