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基于CFD--DEM--IB耦合方法的颗粒间液桥动力学行为数值研究
| 论文题名： | 基于CFD--DEM--IB耦合方法的颗粒间液桥动力学行为数值研究 |
| 关键词： | 船舶运输;固体散货;流态化机理;液桥动力学;航行安全 |
| 摘要： | 镍、铁矿等固体散货在船舶运输过程中发生流态化时所导致的货物滑移对船舶横稳性有较大影响，已成为海上安全运输的重大事故隐患。固体散货流态化与其内部水分迁移紧密相关，而内部液态水主要以液桥的形式存在，液桥的动态演化必然会影响水分迁移进程。目前的研究方法虽然可以探究流态化后货物对船舶稳性的影响，但难以实现固体散货流态化过程中液桥演变过程的模拟。 本文采用自主编程手段，从细观角度探究颗粒间液桥的动力学行为。首先，基于N-S方程、流体体积分数方程、表面张力模型实现“液桥-空气”的求解，颗粒采用离散元方法进行求解。参考流体体积分数法，引入颗粒体积分数实现颗粒在流体域中表达，流-固间相互作用采用浸没边界法进行求解，最终建立考虑毛细作用的“颗粒-液桥-空气”三相耦合数值模型，从而开发一套固-液-气三相流耦合数值算法，通过已有试验结果验证了耦合模型及算法的准确性。基于建立的数值求解方法，开展了平板间及两等径球形颗粒间液桥的稳定性研究，探明了不同参数对静态液桥力的影响规律，分析了球形颗粒间液桥动态拉伸断裂行为，得到了临界断裂距离影响因素，并监测了动态液桥力的变化趋势，最后探究了不同液体浸润程度下液桥对颗粒的黏附行为。 本文建立的考虑毛细作用的固-液-气三相耦合数值方法可进一步扩展作为分析固体散货湿颗粒群流态化机理及流态化预报的数值工具，为今后固体散货流态化机理研究提供有效的数值基础和参考依据，进而有效保障固体散货海上运输安全。 |
| 作者： | 杨洲 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王庆;王寿军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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