低马赫数下圆球绕流的硬球-拟颗粒模拟

硬球-拟颗粒模拟(HS-PPM)能够描述流动的微观细节,已应用于反应-扩散耦合和超声速流动等的研究.但对过程工业中广泛存在的低马赫数(Ma＜1.0)流动,HS-PPM的适用性还没有直接证据.本文以低雷诺数(Re≤10)和低马赫数(Ma＜1.0)下的圆球绕流为实例探索了这种可行性.圆球表面以解析法描述以保证光滑性,并采用回弹模型保证无滑移边界条件,所有方向上采用周期性边界条件.当Ma＜0.1时,分析了模拟体系固含率、模拟区域的形状以及努森数对曳力系数的影响.结果 表明,曳力系数随固含率的提高而增加;低固含率下的曳力系数与无限大流场中的单颗粒绕流接近;低努森数下得到的曳力系数更高.采用时空平均得到的流场稳定、轴对称,且无明显的温度和密度梯度,符合公认的实验和模拟结果.Ma＞0.1时的曳力系数随马赫数的变化符合前人报道.上述结果展示了HS-PPM用于低马赫数流动研究的可行性.