低雷诺数层流密集悬浮物中粒子迁移的数值模拟

"密集悬浮物中粒子迁移的数值计算 (2000年)，作者: 朱泽飞、倪利民、林建忠" 本文详细探讨了在低雷诺数层流状态下，密集悬浮物中的粒子迁移现象。作者们采用了Phillips等人建立的理论模型，该模型基于N-S方程（Navier-Stokes方程）和粒子扩散方程来描述悬浮物浓度和速度场的变化。N-S方程在这里进行了修正，考虑到粒子浓度对粘度的影响，而粒子扩散方程则用于描述剪切作用下粒子浓度分布的演变。 在密集悬浮物的研究中，粒子迁移的现象尤为重要，因为这直接影响到流体的流变性质。当颗粒的体积分数较高时，实验观察到粒子倾向于向剪切率较低的区域移动，并在壁面附近形成低浓度区域。这一发现与实际实验结果相一致，揭示了剪切诱导粒子迁移对流体行为的重要影响。 文中提到，对于不同尺度的粒子，其运动状态由不同的物理机制主导。微小粒子的运动受分子间相互作用支配，而大颗粒的运动主要由自身重力和其他外部力决定。然而，在两者之间的过渡区域，粒子大小介于分子与宏观物体之间，此时流体动力学效应不可忽视，且雷诺数不为极小值，使得问题变得复杂。 Phillips等人的工作是基于Leighton和Acrivos的实验结果，他们提出了一个本构方程来模拟剪切导致的粒子迁移，并通过修正的Leighton粒子流量表达式构建了扩散方程。这个模型能够描述在时间和空间上的粒子浓度变化，以及与牛顿流体动力学相结合的速度分布。 后续的研究者如Zhané 和Zhiwu Fané 进一步利用这些方程分析了发展管流和不同配置的圆柱间库特剪切流中的粒子迁移，这些计算结果与实验观测高度吻合，证实了模型的有效性。 两相槽流作为一种普遍存在的流动现象，其研究对于理解工业过程、环境科学以及生物流体动力学等领域具有重要意义。通过对密集悬浮物中粒子迁移的数值计算，我们可以更深入地了解流体中的颗粒行为，为相关工程问题提供理论支持和预测工具。