稠密颗粒对撞射流中冲击面的粒子运动特性与多尺度结构研究

本文采用离散元法(DEM)数值研究了稠密颗粒对撞射流中粒子的宏观运动特性及冲击面的多尺度结构特征，创新性提出基于伽利略分解的波结构提取方法。研究发现颗粒固含量(0.05-0.4)和喷嘴直径(2-8 mm)会促进冲击区中心"死区(dead zone)"结构的形成，最终形成薄膜状冲击面。固含量增加会使轴向射流中心线颗粒浓度分布从单峰变为双峰，而波状结构的"密-疏交替"特征更显著受喷嘴直径影响。该研究为颗粒流冲击动力学提供了新的量化分析方法。

　　

Highlight

通过离散元法(DEM)对稠密颗粒对撞射流进行三维数值模拟，基于颗粒流动力学理论(KTGF)，建立包含牛顿第二定律和欧拉角动量定律的控制方程体系。研究发现：

Velocity statistical properties of granular impact flows

图5a-b显示不同条件下喷嘴轴线上的颗粒平均轴向速度。在轴向射流区，颗粒速度保持恒定；而在冲击区，大量颗粒相互碰撞形成停滞区(stagnation zone)。当高速轴向颗粒与停滞区颗粒剧烈碰撞时，会导致速度衰减。增大颗粒固含量和喷嘴直径会...

Conclusion

本研究创新性提出冲击面多尺度波结构的定量提取方法，主要发现：

1. 1.

   颗粒间剧烈碰撞迫使速度急剧下降，形成中心停滞区(circular stagnation zone)

2. 2.

   固含量增加会先扩大后缩小"死区"结构，同时在冲击区轴向两侧形成颗粒富集区

3. 3.

   颗粒膜波状结构源于轴向射流传输速度的径向梯度，其"密-疏交替"特征受喷嘴直径显著影响

4. 4.

   固含量对停滞区直径(d₀)和波结构富集区颗粒浓度影响更显著