气固两相流中颗粒输运特性及与壁面作用后效应机理研究

气固两相流中颗粒输运特性及与壁面作用后效应机理研究

气固两相流广泛存在于自然界及工业生产中，如能源、化工、食品、制药等行业。由于颗粒在气流带动下表现出复杂的运动特性，湍流影响颗粒的扩散、集聚、沉积等过程。颗粒在输运过程中与管道壁面碰撞，一方面由于颗粒动力撞击对管道壁面带来机械磨损效应，长时间作用后可能导致管道破裂；另一方面，由于颗粒与管道壁面碰撞摩擦产生静电效应，静电电荷的积累影响颗粒的输运特性。

多年来，本研究团队一直致力于“气固两相流颗粒输运特性及与壁面作用后效应机理研究”，主要通过不同尺度的数值模拟与实验测量方法进行研究。

数值模拟方法： - 通过自主编写大型计算程序，包括直接数值模拟、大涡模拟、颗粒离散元—大涡模拟（DEM-LES）耦合方法、颗粒拉格朗日轨迹跟踪法等。

实验测量： - 自主设计、搭建气固两相流颗粒磨损管道实验系统、单颗粒静电发生系统。 - 应用先进仪器设备，如粒子成像测速系统（PIV）、扫描电镜（SEM）、高速摄像系统、高精度电流表、法拉第杯等。

主要获得以下成果：

1. 气固两相钝体绕流中颗粒在拟序结构中的运动特性，颗粒扩散、集聚特征以及作用机理；
2. 气固两相方管湍流特征，发现颗粒在该系统中特有的扩散、卷起、沉降现象，及方管中特有二次流作用机理；
3. 气固两相弯管磨损效应及“抗磨弯管”优化设计；
4. 气固两相流颗粒—壁面碰撞后静电发生效应机理，首次提出颗粒形体因素影响静电发生理论。

所获研究成果对气固两相流理论发展具有重要的学术价值；对工业生产，如管道磨损、静电防治等具有重要的应用前景。

近年来，上述研究系列成果多次在国内外获奖： - 2004年新加坡科学院高性能计算银奖； - 2012年中国颗粒学会“青年颗粒学奖”； - 2012年第十届中国海峡项目成果交易会高校优秀参展项目奖。

气固两相流中颗粒输运特性及与壁面作用后效应机理研究 气固两相流广泛存在于自然界及工业生产中,如能源,化工,食品,制药。由于颗粒在气流带动下表现出复杂的运动特性,湍流影响颗粒扩散、集聚、沉积等。颗粒在输运过程中与管道壁面碰撞,一方面由于颗粒动力撞击对管道壁面带来机械磨损效应,长时间作用后导致管道破裂;另一方面由于颗粒与管道壁面碰撞摩擦产生静电效应,静电电荷的积累影响颗粒的输运特性。 多年来本研究团队一直致力于“气固两相流颗粒输运特性及与壁面作用后效应机理研究”,主要通过不同尺度的数值模拟与实验测量方法进行研究。 数值模拟方法通过自主编写大型计算程序,包括直接数值模拟,大涡模拟,颗粒离散元—大涡模拟（DEM-LES）耦合方法,颗粒拉格朗日轨迹跟踪法等;实验测量包括自主设计、搭建气固两相流颗粒磨损管道实验系统,单颗粒静电发生系统,应用先进仪器设备,如粒子成像测速系统（PIV）、扫描电镜（SEM）、高速摄像系统、高精度电流表、法拉第杯等。 主要获得以下成果： 1) 气固两相钝体绕流中颗粒在拟序结构中的运动特性,颗粒扩散、集聚特征以及作用机理; 2) 气固两相方管湍流特征,发现颗粒在该系统中特有的扩散、卷起、沉降现象,及方管中特有二次流作用机理; 3) 气固两相弯管磨损效应及“抗磨弯管”优化设计; 4) 气固两相流颗粒—壁面碰撞后静电发生效应机理,首次提出颗粒形体因素影响静电发生理论。 所获研究成果对气固两相流理论发展具有重要的学术价值;对工业生产,如管道磨损,静电防治等具有重要的应用前景。 近年来,上述研究系列成果多次在国内外获奖：如2004年新加坡科学院高性能计算银奖;2012年中国颗粒学会“青年颗粒学奖”;2012年第十届中国海峡项目成果交易会高校优秀参展项目奖。