超常颗粒多相流体动力学

前言

常用基本符号说明

第一章圆柱状颗粒在流场中的受力分析

1.1研究概述

1.2Stokes力

1.2.1Stokes方程

1.2.2点力

1.2.3点力法

1.3细长体理论

1.3.1细长体引起的流场扰动速度及流体对细长体的合力

1.3.2细长体理论的意义及其局限性

1.4阻力系数

1.4.1与长径比无关的阻力系数

1.4.2以圆球情形为参考的阻力系数

1.5压力梯度力

1.5.1颗粒主轴沿流动方向

1.5.2颗粒主轴垂直于流动方向

1.6Magnus力

1.6.1颗粒主轴垂直于流动方向

1.6.2颗粒主轴处于流场主流平面

1.7Saffman力

1.7.1流场速度垂直于颗粒主轴的情形

1.7.2流场速度平行于颗粒主轴的情形

1.8Basset力

1.9附加质量力

1.10阻力、升力与力矩的实验研究

1.10.1实验装置和步骤

1.10.2实验结果及分析

1.11各种力的大小比较

1.11.1计算参数和步骤

1.11.2计算结果及分析

参考文献

第二章圆柱状颗粒在流场中的取向分析

2.1研究概述

2.2圆柱颗粒的旋转与取向

2.2.1Jeffery轨道及其延拓

2.2.2圆柱颗粒端点的轨迹

2.2.3大量颗粒的取向分布

2.2.4颗粒取向分布统计方法的改进

2.3忽略取向扩散时颗粒的取向分布

2.3.1Liouville方程及其求解

2.3.2双Lagrange法

2.3.3颗粒在典型流场中的取向分布

2.4弱取向扩散时颗粒的取向分布

2.4.1求解方法

2.4.2颗粒取向分布

2.5强取向扩散时颗粒的取向分布

2.5.1基本方程

2.5.2求解方法

2.5.3取向分布的数值计算结果

参考文献

第三章圆柱状颗粒间的直接相互作用

3.1研究概述

3.2两颗粒的接触作用

3.2.1物理模型

3.2.2数学模型

3.2.3下落颗粒的运动

3.2.4润滑力的考虑

3.2.5计算结果及讨论

3.2.6体现两颗粒相互作用过程的综合参数

3.3三颗粒的接触作用

3.3.1数学方程

3.3.2结果及其分析

3.4颗粒间有相互碰撞作用的多颗粒运动模型

3.4.1颗粒碰撞的确定

3.4.2颗粒运动方程

3.4.3Stokes力

3.4.4颗粒碰撞时的受力

3.4.5润滑力

3.4.6求解步骤

3.5简单剪切流场中颗粒问有相互碰撞作用的多颗粒运动

3.5.1流场及基本假设

3.5.2计算模型

3.5.3计算结果及讨论

参考文献

第四章圆柱状颗粒在流体中的沉降

4.1研究概述

4.2格子Boltzmann方法

4.2.1方法简介

4.2.2格子Boltzmann法的基本原理

4.2.3格子速度矢量分类

4.2.4边界条件

4.3无碰撞作用下圆柱状颗粒的沉降

4.3.1单个颗粒的沉降

4.3.2两个颗粒的沉降

4.4有碰撞作用下圆柱状颗粒的沉降

4.4.1颗粒碰撞作用模型

4.4.2方法与模型的验证

4.4.3单个颗粒在方管中的沉降

4.4.4两个颗粒在方管中的沉降

4.4.5两个颗粒在方管中沉降的实验结果

4.4.6多个颗粒在方管中的沉降

4.5考虑随机振荡因素的颗粒沉降

4.5.1物理模型与方程

4.5.2颗粒沉降运动方程的修正

4.5.3计算结果与分析

参考文献

第五章含圆柱状颗粒的外部流动

5.1研究概述

5.2圆柱颗粒在混合层流场中的运动

5.2.1流场物理模型与数学方法

5.2.2颗粒运动方程

5.2.3计算结果及讨论

5.2.4实验研究

5.2.5颗粒取向的连续介质模型描述

5.2.6流场的附加应力

5.3圆柱颗粒在圆射流场中的运动

5.3.1流场物理模型与数学方法

5.3.2计算结果及分析

5.3.3颗粒对流场的反作用

5.4圆柱颗粒在边界层流场中的运动

5.4.1基本方程

5.4.2计算结果及讨论

参考文献

第六章含圆柱状颗粒的内部流动

6.1研究概述

6.2圆柱颗粒在槽道流场中的运动

6.2.1圆柱颗粒在层流中的运动

6.2.2圆柱颗粒在湍流中的运动

6.2.3圆柱颗粒在湍流场中的取向分布函数和流变特性

6.2.4圆柱颗粒对槽流场的影响

6.2.5下平面固定上平面运动情况下的颗粒取向

6.2.6下平面固定上平面运动情况下的有效黏度

6.3圆柱颗粒在圆管流场中的运动

6.3.1圆柱颗粒在层流场中的运动

6.3.2圆柱颗粒在湍流场中的运动

6.4圆柱颗粒在楔形收缩流场中的运动

6.4.1圆柱颗粒在层流场中的运动

6.4.2圆柱颗粒在湍流场中的运动

6.5圆柱颗粒在T形槽道流场中的运动

6.5.1圆柱颗粒在层流场中的运动

6.5.2圆柱颗粒在湍流场中的运动

参考文献

第七章含圆柱状颗粒流场的稳定性

7.1研究概述

7.2含圆柱颗粒槽道流场的稳定性

7.2.1悬浮流基本方程

7.2.2颗粒取向分布函数

7.2.3颗粒附加应力

7.2.4时间模式稳定性

7.2.5空间模式稳定性

7.2.6与流动稳定性相关的因素分析

7.2.7实验研究

7.2.8失稳阶段的颗粒减阻

7.3含圆柱颗粒圆管流场的稳定性

7.3.1流场描述

7.3.2演化后的动量方程

7.3.3稳定性方程

7.3.4计算结果及分析

7.4含圆柱颗粒边界层流场的稳定性

7.4.1流场和基本方程

7.4.2方程的化简

7.4.3修正的Orr-Sommerfeld方程的推导

7.4.4数值求解

7.4.5计算结果及讨论

7.5含圆柱颗粒Taylor-Couette流场的稳定性

7.5.1模型与方程

7.5.2计算方法

7.5.3计算结果及讨论

7.5.4流场中扰动能量分析

参考文献

　　本书主要介绍了颗粒的受力分析和取向分布；颗粒间的直接相互作用；单个和多个颗粒在流体中的沉降；含圆柱状颗粒的混合层、圆射流、边界层、槽道流、圆管流、楔形收缩流和T形槽道流场中颗粒的运动和取向及流场的流变特征；含圆柱状颗粒的槽道流、圆管流、边界层和Taylor-Couette流场的动力稳定性。可供力学、工程热物理、材料、纺织、造纸、化工、医疗、环境保护及相关专业的科研人员、工程技术人员、教师及研究生和高年级本科生阅读。　　本书对圆柱状颗粒两相流场进行了系统的论述，内容包括颗粒的受力分析和取向分布；颗粒间的直接相互作用；单个和多个颗粒在流体中的沉降；含圆柱状颗粒的混合层、圆射流、边界层、槽道流、圆管流、楔形收缩流和T形槽道流场中颗粒的运动和取向及流场的流变特征；含圆柱状颗粒的槽道流、圆管流、边界层和Taylor-Couette流场的动力稳定性。　　本书可供力学、工程热物理、材料、纺织、造纸、化工、医疗、环境保护及相关专业的科研人员、工程技术人员、教师及研究生和高年级本科生阅读。