离散系统动力学演变过程的颗粒群平衡模拟

《燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制技术基础研究学术丛书》序

前言

1绪论

1.1离散系统动力学演变过程

1.1.1离散系统的动力学事件

1.1.2离散系统动力学演变过程的基本特点

1.2四向耦合的两相湍流模型

1.2.1双流体模型

1.2.2流体一轨道模型

1.3颗粒群平衡模拟

1.3.1零维颗粒群平衡模拟

1.3.2多维颗粒群平衡模拟

1.4本书的主要结构

参考文献

2典型动力学事件的核模型

2.1碰撞

2.1.1基础知识

2.1.2布朗碰撞核

2.1.3湍流碰撞核

2.1.4有限惯性小颗粒(Stk＜1)湍流碰撞核半经验模型

2.1.5有限惯性颗粒碰撞核的推荐模型

2.1.6布朗运动和湍流运动共同作用下的碰撞核

2.2凝并

2.2.1碰撞效率

2.2.2凝并效率

2.3球化

2.4冷凝/蒸发

2.5成核

2.6沉积

2.7破碎

2.8其他动力学事件

2.9小结

参考文献

3颗粒群平衡模拟的数值方法

3.1颗粒尺度分布函数动力学演变的特征

3.2矩方法

3.2.1传统矩方法

3.2.2积分矩方法

3.2.3直接积分矩方法

3.2.4内插封闭矩方法

3.2.5矩方法小结

3.3分区法

3.3.1基于数密度积分中值定理的分区法

3.3.2基于核积分中值定理的分区法

3.3.3分区法小结

3.4MonteCarlo方法

3.4.1时间驱动MonteCarlo方法

3.4.2事件驱动MonteCarlo方法

3.4.3常体积法

3.4.4常数目法

3.4.5强核函数法

3.4.6质量流量法

3.4.7MonteCarlo方法小结

3.5小结

参考文献

4零维颗粒群平衡模拟的MonteCarlo方法

4.1多重MonteCarlo算法的发展

4.1.1子系统和整体系统

4.1.2加权虚拟颗粒

4.1.3子系统、整体系统和异数目权值虚拟颗粒群的统一

4.1.4多重MonteCarlo算法流程

4.1.5时间步长

4.1.6凝并事件的处理

4.1.7破碎事件的处理

4.1.8冷凝/蒸发(表面生长/消融)事件的处理

4.1.9沉积事件的处理

4.1.10成核事件的处理

4.2多重MonteCarlo算法的验证

4.2.1纯凝并工况

4.2.2纯破碎工况

4.2.3同时发生的凝并和破碎

4.3多重MonteCarlo算法小结

4.4零维颗粒群平衡模拟MonteCarlo方法的性能定量评判方法

4.4.1为什么要进行几种MonteCarlo方法的定量比较

4.4.2MonteCarlo方法定量比较的策略

4.4.3MonteCarlo方法的性能定量评判准则

4.5几种主流MonteCarlo方法的比较

4.5.1纯凝并工况

4.5.2纯破碎工况

4.5.3纯冷凝/蒸发(或生长)工况

4.5.4纯成核工况

4.5.5纯沉积工况

4.5.6讨论

4.6多重MonteCarlo算法的改进

4.6.1算法改进的出发点

4.6.2改进的多重MonteCarlo算法对凝并事件的描述

4.6.3改进的多重MonteCarlo算法对破碎事件的描述

4.6.4改进的多重MonteCarlo算法对沉积事件的描述

4.6.5改进的多重MonteCarlo算法对成核事件的描述

4.7改进的多重MonteCarlo算法的验证和比较

4.7.1Case1，初始单分散性颗粒群，常凝并核

4.7.2Case2，初始指数分布多分散性颗粒群，常凝并核

4.8改进的多重MonteCarlo算法小结

4.9事件驱动常体积法的发展

4.9.1发展事件驱动常体积法的出发点

4.9.2动力学事件的发生速率

4.9.3等待时间的计算

4.9.4主事件的选择

4.9.5主颗粒的选择

4.9.6虚拟颗粒数目的恢复和计算区域体积的保持

4.9.7事件驱动常体积法的流程

4.10事件驱动常体积法与几种主流Montecarlo方法的比较

4.10.1Case1，初始单分散性颗粒群的常凝并核工况

4.10.2Case2，初始指数分布多分散性颗粒群的常凝并核工况

4.10.3Case3，初始单分散性颗粒群的多元破碎工况

4.11事件驱动常体积法小结

参考文献

5多维颗粒群平衡模拟的MonteCarl0方法

5.1多维颗粒群平衡模拟的关键问题

5.2多维颗粒群平衡模拟的多重MonteCarlo算法

5.2.1雷诺应力模型描述流体相运动

5.2.2拉格朗日Langevin方程描述颗粒相运动

5.2.3数值模拟的流程

5.2.4多重MonteCarlo算法描述颗粒动力学演变

5.3多维多重MonteCarlo算法的验证

5.3.1计算工况

5.3.2考虑颗粒碰撞的多维多重MonteCarlo算法的验证

5.3.3考虑颗粒凝并的多维多重MonteCarlo算法的验证

5.4小结

参考文献

6颗粒群平衡模拟的应用和展望

6.1降雨过程中气溶胶湿沉降的数值模拟

6.1.1降雨对气溶胶湿去除过程的数学模型的建立

6.1.2多重MonteCarlo算法对颗粒湿沉降事件的特殊处理

6.1.3描述气溶胶湿沉降的多重MonteCarlo算法的验证

6.1.4降雨类型对气溶胶湿去除效果的影响

6.1.5雨滴尺度谱对气溶胶湿去除效果的影响

6.1.6小结

6.2紧凑型混合颗粒收集器对燃煤锅炉飞灰颗粒收集过程的数值模拟

6.2.1静电除尘器的数学模型和模拟方法

6.2.2静电增强布袋除尘器的数学模型和模拟方法

6.2.3紧凑型混合颗粒收集器除尘过程的数值模拟

6.2.4小结

6.3颗粒碰撞对两相湍流流场的影响分析

6.3.1模拟细节

6.3.2模拟结果及分析

6.3.3小结

6.4展望

6.4.1多变量颗粒群平衡模拟

6.4.2多维多变量颗粒群平衡模拟

6.4.3颗粒群平衡模拟的应用领域

参考文献

附录

附录1主要专业术语和英文缩写

附录2主要符号表

　　颗粒群平衡模拟(PBM)被广泛应用于各种工程和科学领域，它定量描述离散系统中颗粒的碰撞、凝并、破碎、冷凝/蒸发、成核、沉积等动力学事件，从而获取颗粒尺度分布的演变过程。本书为围绕零维颗粒群平衡模拟和多维颗粒群平衡模拟的核模型、数值方法和工程应用等阐述国际上最新研究进展和我们最新的研究成果。本书共6章，主要介绍了颗粒群平衡模拟的基本概念和基础知识，各种动力学事件的核模型，包括编者们利用直接数值模拟在有限惯性颗粒湍流碰撞核模型方面所做的工作，零维颗粒群平衡模拟的数值方法，零维颗粒群平衡模拟的随机模型，多维颗粒群平衡模拟的随机模型，颗粒群平衡模拟随机模型的工程应用和研究展望。　　本书介绍了离散系统动力学演变过程颗粒群平衡模拟的基本概念、基础知识和最新研究进展，围绕颗粒群平衡模拟的三个主要研究内容，即动力学事件（包括颗粒碰撞、凝并、破碎、冷凝／蒸发、成核、沉积等）的核模型、颗粒群平衡方程的数值方法和颗粒群平衡模拟在复杂系统中的应用，进行了重点介绍，特别是有限惯性颗粒湍流碰撞核、零维颗粒群平衡模拟的多重MonteCarlo算法和事件驱动常体积法、多维颗粒群平衡模拟的多重MonteCarlo算法、颗粒群平衡模拟用于自然环境气溶胶和燃煤可吸入颗粒物等方面，详细介绍了作者最新的研究成果。　　本书可供动力工程及工程热物理、化学工程、力学、数学、物理、核科学、大气物理化学、生物等领域从事颗粒群平衡模拟的相关科研人员、工程技术人员参考，同时也可供相关专业的研究生参考。