学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

圆管纤维悬浮流中粒子运动的研究

作　者: 张卫峰
导　师: 林建忠
学　校: 浙江大学
专　业: 流体力学
关键词: 纤维悬浮流粒子运动圆管纤维长径比角分布纤维速度简化方法 Lagrange法工业生产过程细长体理论
分类号: O357.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 68次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

管道内纤维悬浮流是各种工业生产过程中广泛存在的一种流动，其在复合材料制造、环境、化工、纺织和造纸等领域都有应用，且其特性对这些领域的产品质量起着重要影响，故对管道内的纤维悬浮流的研究有着重要的意义。本文采用数值模拟的手段，从Lagrange法出发，利用细长体理论研究了大量纤维粒子在管流内的运动，并得出管道悬浮流的一些宏观特性。首先，当管道内流动为层流时，分别利用从细长体理论出发得出的纤维二维受力公式和三维分段积分计算方法模拟了大量纤维在流场中的运动，然后在最终时刻统计了纤维的偏角分布，并得出相同的结果：随着Re数的增加，纤维粒子的偏角逐渐集中于小角度，即纤维轴线方向越来越集中于流向，此结果与实验吻合较好。然后通过考虑管道截面上的不同区域、改变纤维长径比和St数来研究他们对纤维偏角分布的影响，从而得出结果：随着计算区域从管道截面的中心向壁面的转移，纤维粒子的偏角分布逐渐集中于低角度；而纤维长径比和St数却对纤维的偏角分布没有明显影响。于是得出结论：纤维附近流体的速度梯度是导致纤维旋转的主要因素。然后，在验证了湍流的简化方法的合理性后，利用三维分段计算方法和湍流简化方法模拟了大量纤维粒子在管道湍流内的运动，得出的结果为：湍流的脉动速度导致了纤维的偏角趋于无序，且随着Re数的增加，纤维偏角的分布越来越趋于均匀。同时又考虑了纤维速度和角速度的脉动，二者都充分体现了流体速度脉动的影响，且纤维速度的脉动在流向上的强度大于横向，而其角速度的脉动在流向上的强度小于横向。最后统计了纤维在管道截面上的位置分布，明显可以看出此时Re数的增加加速了纤维在管道截面上的位置扩散。

全文目录

摘要  6-9
第一章绪论  9-24
  1.1 研究背景与基本理论  9-12
    1.1.1 纤维悬浮流基本背景  9
    1.1.2 纤维悬浮流研究的基本理论  9-12
  1.2 纤维悬浮流研究综述  12-23
    1.2.1 纤维在层流场中的运动  12-17
      1.2.1.1 纤维的受力分析  12-13
      1.2.1.2 纤维在混合层流场中的运动  13-15
      1.2.1.3 纤维静流体中的沉降运动  15-16
      1.2.1.4 纤维在楔形流场中的运动  16-17
    1.2.2 纤维在湍流场中的运动  17-21
      1.2.2.1 粒子与湍流相互作用的研究背景  17-18
      1.2.2.2 纤维在湍流中的运动  18-21
    1.2.3 流体纤维双向耦合的研究  21
    1.2.4 纤维间相互作用的研究  21-23
  1.3 本文主要内容及创新点  23-24
第二章基本理论及方法  24-39
  2.1 细长体理论  24-32
    2.1.1 理论基础  24-27
    2.1.2 一阶近似解  27-29
    2.1.3 高阶近似解  29-32
  2.2 湍流的随机模拟  32-37
  2.3 纤维的三维转动  37-39
第三章纤维在管道层流中的运动  39-58
  3.1 管道内层流  39
  3.2 纤维运动  39-56
    3.2.1 纤维运动方程  40-43
      3.2.1.1 整体计算方法  40-41
      3.2.1.2 分段计算方法  41-43
    3.2.2 计算结果  43-56
      3.2.2.1 整体计算  43-51
      3.2.2.2 分段计算  51-56
  3.3 小结  56-58
第四章纤维在管道湍流中的运动  58-72
  4.1 背景简介  58-59
  4.2 背景流场的处理  59-63
    4.2.1 简化方法  59-60
    4.2.2 简化结果  60-63
  4.3 纤维在湍流场中运动的数值模拟  63-71
    4.3.1 纤维取向分布  63-66
    4.3.2 纤维的速度特征  66-67
    4.3.3 纤维的转动速度特征  67-69
    4.3.4 纤维的位置分布  69-71
  4.4 小结  71-72
第五章总结与展望  72-74
  5.1 总结  72-73
  5.2 对今后工作的展望  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-79
致谢  79

圆管纤维悬浮流中粒子运动的研究

内容摘要

全文目录

相似论文