方管中中性回转扁球颗粒纵横比对平衡位置的影响
Abstract
本文使用多松弛格子Boltzmann方法对方管中中性回转扁球颗粒的惯性迁移进行了数值模拟. 研究了不同初始位置、初始朝向和雷诺数$Re$下,扁球颗粒的纵横比$AR$对平衡位置的影响. 这里考虑了$AR$=0.5, 0.75, 1等三种不同的纵横比. 与之前研究不同的是, 这里调节$AR$时仅改变回转扁球颗粒的半短轴长度(极轴半径), 而半长轴长度(赤道半径)保持不变, 因此颗粒的体积和质量会随着$AR$的增加而增加. 在低雷诺数($Re=80$)下, 受初始位置和初始朝向影响, 颗粒存在翻转模态、滚动模态和倾斜滚动等三种运动模态.虽然运动模态不一样, 但是不同$AR$的颗粒在达到稳态后都具有相同的旋转直径. 在翻转模态下, $AR$会影响扁球颗粒的平衡位置, 随着$AR$的增大, 颗粒的平衡位置会逐渐靠近管道中心. 在倾斜滚动模态下, $AR$会部分影响颗粒的平衡位置, 当$AR$从0.5变化到0.75, 颗粒相应的平衡位置几乎保持不变, 而球形颗粒($AR=1$)的平衡位置则更靠近管道中心. 而在滚动模态下, $AR$几乎不影响颗粒的平衡位置. 此外, 我们还发现相同模态下, 颗粒的平衡位置在$40\leq~Re\leq~160$范围内会随着$Re$的增加而向壁面靠近.
