二相流中颗粒脉动和阵性泥石流立面二维运动特性研究

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">本文对二相流中的颗粒运动和碰撞情况进行了研究。颗粒运动和碰撞是二相流中的现象，长期以来，人们把各种情况下的颗粒无规则运动，一概称为湍流脉动，事实上，除湍流脉动外，颗粒还有因颗粒－颗粒碰撞和颗粒－壁面碰撞引起的、二相流所特有的（在单相流中不存在的）无规则运动。研究颗粒的无规则运动有助于研究二相流方程的本构关系，为更深一步的二相流研究打下一定的基础。在数值解法上，采用直接模拟蒙特卡洛方法（DSMC），用一定数目的模拟颗粒代表流场中的大量实际颗粒，每个模拟颗粒具有一确定的速度。颗粒的运动和碰撞解耦，先计算出颗粒一个时间步长内运动的轨迹和最终速度，下一步就是判断在这段进间内那些颗粒发生了碰撞，然后用碰撞理论同碰撞后的速度，而碰撞过程中的颗粒的坐标不变。我们计算采用的颗粒模型是光滑的硬球模型，不考虑旋转效应，只计二体碰撞，模拟颗粒的直径一定。判断两颗粒是否发生碰撞主要取决于碰撞概率，而不是运动轨迹。计算结果表明随着颗粒的驰豫时间的增加，颗粒的聚团现象变得剧烈。颗粒的脉动强度跟颗粒的体积浓度成一反比例函数关系，颗粒的各向脉动强度跟总脉动强度成正比关系。随着驰豫时间的增加，颗粒的总脉动强度增加，而主流方向的脉动强度在总脉动强度中占的比例减少。本文的研究表明，DSMC方法模拟颗粒运动和碰撞是可行的，得出的规律是可信的。</span>