微通道中颗粒所受惯性升力特性的数值研究

基于"相对性原理",建立一个描述颗粒准定常运动的数值计算模型,并结合计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,数值研究在方形截面的微通道内,球形颗粒所受惯性升力的空间分布特征,揭示颗粒的尺寸对这个惯性升力的影响特点。研究结果表明,惯性升力沿通道半径方向呈现出极具规律性的空间分布特征:靠近管轴附近,惯性升力方向朝管道壁面,且随管轴距离的增加,数值上呈现出先增加后减小的趋势;靠近管壁附近,惯性升力方向朝管道轴心,且越靠近管道壁面,其数值将急剧增大。沿通道半径方向上,惯性升力存在唯一的零点位置,这即是颗粒的惯性聚集位置。惯性升力中尽管共同包含着流场黏性应力与压力的贡献,但对颗粒惯性聚集起真正决定性作用的是流场压力的贡献。这些研究成果有助于完善低Re数固-液两相流动中的力学机理,并为颗粒"惯性聚集"现象在今后的商业应用提供有益的理论指导。