方管中中性回转扁球颗粒纵横比对平衡位置的影响

摘要

本文使用多松弛格子Boltzmann方法对方管中中性回转扁球颗粒的惯性迁移进行了数值模拟.研究了不同初始位置、初始朝向和雷诺数Re下,扁球颗粒的纵横比AR对平衡位置的影响.这里考虑了AR=0.5, 0.75, 1等三种不同的纵横比.与之前研究不同的是,这里调节AR时仅改变回转扁球颗粒的半短轴长度（极轴半径）,而半长轴长度（赤道半径）保持不变,因此颗粒的体积和质量会随着AR的增加而增加.在低雷诺数（Re=80）下,受初始位置和初始朝向影响,颗粒存在翻转模态、滚动模态和倾斜滚动等三种运动模态.虽然运动模态不一样,但是不同AR的颗粒在达到稳态后都具有相同的旋转直径.在翻转模态下, AR会影响扁球颗粒的平衡位置,随着AR的增大,颗粒的平衡位置会逐渐靠近管道中心.在倾斜滚动模态下, AR会部分影响颗粒的平衡位置,当AR从0.5变化到0.75,颗粒相应的平衡位置几乎保持不变,而球形颗粒（AR=1）的平衡位置则更靠近管道中心.而在滚动模态下, AR几乎不影响颗粒的平衡位置.此外,我们还发现相同模态下,颗粒的平衡位置在40≤Re≤160范围内会随着Re的增加而向壁面靠近.