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管流中颗粒“惯性聚集”现象的研究进展及其在微流动中的应用 被引量：16
1
作者 王企鲲 孙仁 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期692-703,共12页
当随机散布细颗粒的流体以低Re数层流流入直管时,经过一段距离的流动后,这些颗粒会被稳定地聚集在一个离管道中心固定距离的同心圆环位置上运动.这种运动特征被称为颗粒"惯性聚集"现象.该现象表明:在相应的Re数管流中,颗粒除... 当随机散布细颗粒的流体以低Re数层流流入直管时,经过一段距离的流动后,这些颗粒会被稳定地聚集在一个离管道中心固定距离的同心圆环位置上运动.这种运动特征被称为颗粒"惯性聚集"现象.该现象表明:在相应的Re数管流中,颗粒除受到流体沿主流方向的驱动力同时,还受到垂直于主流的横向力的作用.这种横向力是使颗粒产生聚集运动现象的主要原因,被认为是由于流场的惯性力对颗粒的作用.随着微流体控制技术的发展,颗粒"惯性聚集"现象又重新被关注.对它的研究不仅有望揭示微通道内颗粒、胶体或血管中生物体特殊的运动特性,而且还有助于研发各种低能耗、高效率的分离与净化装置.本文就近年来颗粒"惯性聚集"现象的研究进展作个总结,并提出作者的一些看法与研究思路. 展开更多
关键词 颗粒惯性聚集 低Re数层流 管道内流 固-液两相流 微流体控制
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颗粒惯性聚集中惯性升力的特性研究 被引量：11
2
作者 王企鲲 李海军 +1 位作者 李昂 孙仁 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2014年第5期530-535,共6页
该文基于Carlo等提出的"相对运动模型"对颗粒惯性升力的形成机制与动力学特性进行数值研究,揭示了惯性升力的构成特性,并提出了颗粒稳定聚集点的水动力学判据。研究结果表明,惯性升力由"压力分量"与"剪应力分... 该文基于Carlo等提出的"相对运动模型"对颗粒惯性升力的形成机制与动力学特性进行数值研究,揭示了惯性升力的构成特性,并提出了颗粒稳定聚集点的水动力学判据。研究结果表明,惯性升力由"压力分量"与"剪应力分量"构成,然而这两种升力的横向分布特征截然不同。压力分量具有与惯性升力类似的横向分布特征,是诱发颗粒惯性聚集真正的力学成因。此外,惯性升力的零点并非是颗粒形成惯性聚集的必要条件,只有当此零点满足颗粒稳定聚集运动的判据时,他才是稳定的聚集。利用这个判据能很好地解释小粒径颗粒不存在稳定聚集的水动力学原因,并有助于促进对管道内颗粒水动力学行为的研究,以及深化对低Re数管流中颗粒输运现象的认识。 展开更多
关键词 惯性升力 颗粒惯性聚集 低Re数流动 管道流动 数值研究
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微通道中弹性颗粒所受惯性升力特性的数值研究 被引量：7
3
作者 王企鲲 王浩 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第14期160-166,共7页
建立一个简单模型以描述球状颗粒弹性变形特征,并根据'运动相对性原理',提出一种描述弹性颗粒准定常运动的数值计算方法,据此研究在方形截面微通道层流场中,弹性球状颗粒所受惯性升力的空间分布特征,揭示了颗粒的弹性变形对惯... 建立一个简单模型以描述球状颗粒弹性变形特征,并根据'运动相对性原理',提出一种描述弹性颗粒准定常运动的数值计算方法,据此研究在方形截面微通道层流场中,弹性球状颗粒所受惯性升力的空间分布特征,揭示了颗粒的弹性变形对惯性升力的影响特点。研究结果表明:弹性颗粒在低Re数通道内运动时,仍存在稳定的横向聚集位置。与对应刚性颗粒相比,弹性颗粒的聚集位置更靠近通道中心,且随颗粒弹性的增加,其聚集位置会向通道中心偏移;弹性颗粒所受惯性升力的空间分布特征与刚性颗粒相似,但颗粒弹性变形会额外产生一个附加升力。这个附加升力的方向始终指向通道中心且随弹性颗粒变形幅度的增加而增大;弹性颗粒所受的惯性升力由'切应力分量'与'压力分量'构成,然而后者是诱发弹性颗粒产生惯性聚集运动的力学成因。 展开更多
关键词 颗粒惯性聚集 弹性颗粒 惯性升力 附加升力 惯性微流
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微通道中颗粒惯性聚集的力学特性 被引量：2
4
作者 李海军 王浩 王企鲲 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2015年第6期546-550,共5页
为揭示微通道内悬浮颗粒惯性聚集现象的机理,基于相对运动原理,利用数值方法研究了单个球形颗粒在方形微通道中的运动状况,并对颗粒的受力特性进行分析.研究发现:较小粒径的颗粒在较高通道雷诺数下可产生惯性聚集现象,但其受到的惯性升... 为揭示微通道内悬浮颗粒惯性聚集现象的机理,基于相对运动原理,利用数值方法研究了单个球形颗粒在方形微通道中的运动状况,并对颗粒的受力特性进行分析.研究发现:较小粒径的颗粒在较高通道雷诺数下可产生惯性聚集现象,但其受到的惯性升力在通道截面横向位置分布具有很大的波动性;惯性聚集位置随通道雷诺数的增大向通道壁面移动,随颗粒粒径的增大向通道轴心移动;颗粒旋转产生的旋转诱导惯性升力使惯性聚集位置向通道壁面移动.惯性升力分为旋转诱导升力和由剪切诱导升力及壁面诱导升力合成的非旋转诱导升力,而后者是惯性升力的决定性部分. 展开更多
关键词 微通道流动 颗粒惯性聚集 惯性升力 力学特性
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方形截面直管道中惯性升力系数的拟合 被引量：1
5
作者 薛壮壮 王企鲲 《轻工机械》 CAS 2019年第4期8-11,18,共5页
为研究方形截面微通道内悬浮颗粒的惯性聚集现象,利用"运动相对性"原理对方形截面层流直通道中运动颗粒所受惯性升力进行了数值计算。课题组研究了Carlo采用数据拟合方法获得的升力近似表达式的普适性,为了总结不同工况下颗... 为研究方形截面微通道内悬浮颗粒的惯性聚集现象,利用"运动相对性"原理对方形截面层流直通道中运动颗粒所受惯性升力进行了数值计算。课题组研究了Carlo采用数据拟合方法获得的升力近似表达式的普适性,为了总结不同工况下颗粒所受惯性升力系数的统一表达式,扩大了模型所选用的工况范围,所得的最佳拟合指数与Carlo的数据大致相同。该升力系数表达式适用于位于方形截面中线上的较大粒径的颗粒。 展开更多
关键词 微通道 方形截面 惯性聚集 惯性升力 壁面升力 剪切梯度升力
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颗粒惯性聚集现象的数值优化方法
6
作者 薛壮壮 王企鲲 《轻工机械》 CAS 2019年第3期26-30,共5页
为研究微通道内悬浮颗粒的惯性聚集现象,基于“运动相对性”原理,运用数值方法对颗粒在聚集过程中所受的惯性升力进行计算。利用相对运动模型进行计算时,其关键点在于对所需计算的横向位置处的颗粒沿主流方向的稳定运动速度的确定;通过... 为研究微通道内悬浮颗粒的惯性聚集现象,基于“运动相对性”原理,运用数值方法对颗粒在聚集过程中所受的惯性升力进行计算。利用相对运动模型进行计算时,其关键点在于对所需计算的横向位置处的颗粒沿主流方向的稳定运动速度的确定;通过“试凑法”对其进行近似确定,采用二分法、割线法和抛物线法等方法在相同条件下进行试凑计算。比较上述方法在试凑颗粒稳定状态下平动速度和转动角速度的难易程度,结果表明“割线法”在试凑过程中具有明显的优势,该算法求解颗粒平动速度和转动角速度时快速、高效及可靠。 展开更多
关键词 微通道 悬浮颗粒 惯性聚集 惯性升力 割线法 CFD
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