凝并和冷凝_蒸发对颗粒尺度分布的影响_赵海波VIP专享VIP免费

第34卷第6期2006年6月化学工程CHEMICALENGINEERING(CHINA)Vo.l34No.6Jun.2006基金项目:国家自然科学基金重点项目(90410017);国家重点基础研究专项经费(2002CB211602)作者简介:赵海波(1977)),男,博士生,讲师,主要研究方向为多相流数值模拟,E-mai:lklinsmannzhb@163.com。凝并和冷凝/蒸发对颗粒尺度分布的影响赵海波,郑楚光(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)摘要:利用多重MonteCarlo算法对13种典型工况进行数值模拟,考察不同类型的凝并核和冷凝/蒸发核对多分散性颗粒尺度分布时间演变的影响。发现常凝并核要比线性和二次方凝并核对小颗粒的影响大一些、对大颗粒的影响小一些,线性和二次方凝并核对颗粒尺度分布的时间演变影响则取决于具体情况;常冷凝核要比线性冷凝核对小颗粒的影响大一些、对大颗粒的影响小一些;连续区布朗凝并核类似于常凝并核;扩散冷凝核对颗粒尺度分布的影响界于常冷凝核和线性冷凝核之间。关键词:多重MonteCarlo算法;凝并;冷凝/蒸发;通用动力学方程;多分散性颗粒中图分类号:TK121;O359文献标识码:A文章编号:1005-9954(2006)06-0021-05Influenceofdifferentcoagulationkernelandcondensation/evaporationkernelonparticlesizedistributionZHAOHa-ibo,ZHENGChu-guang(StateKeyLabofCoalCombustion,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,HubeiProvince,China)Abstract:Mult-iMonteCarlomethodwasusedinthenumericalsimulationof13kindsoftypicalcomputationalcasesinordertoinvestigatetheinfluenceofdifferentcoagulationkernelandcondensation/evaporationkernelonthetimeevolutionofparticlesizedistribution(PSD).Numericalresultsshowthatconstantcoagulationkernelhasmoreinfluencesonsmallparticlesthanlinearandquadraticcoagulationkerne,lwhereashaslessinfluencesonbigparticlesthanlinearandquadraticcoagulationkerne;linthesameway,constantcondensationkernelhasmoreinfluencesonsmallparticlesandlessinfluencesonbigparticlesthanlinearcondensationkerne;lBrowniancoagulationkernelinthecontinuumregimeisweaklysize-dependen,tsimilartoconstantcoagulationkerne;lthedegreeofinfluenceonparticlesizedistributionofdiffusivecondensationkerneliswithinthescopeofthatofconstantandlinearcondensationkerne.lKeywords:Mult-iMonteCarlomethod;coagulation;condensation/evaporation;generaldynamicsequation;polydisperseparticles自然界和工程中广泛存在着颗粒物的凝并和冷凝/蒸发现象,由于离散系统中颗粒的凝并和冷凝/蒸发等动力学事件所导致的颗粒尺度分布(PSD)的时间演变一直是研究重点和研究关键之一。通用动力学方程(GDE)用于描述PSD的演变过程,考虑凝并和冷凝/蒸发的GDE如下:dnp(V1,t)dt=12QV1V1minB(V1-V2,V2,t)np.(V1-V2,t)np(V2,t)dV2-np(V1,t)#QV1maxV1minB(V1,V2,t)np(V2,t)dV2凝并-9[I(V1,t)np(V1,t)]9V1冷凝/蒸发(1)其中np(V1,t)为颗粒尺度分布函数(量纲为个#m-3#m-3),表示时刻t、体积V1的颗粒在单位体积内的颗粒浓度;B(V1,V2,t)是t时刻、体积V1和V2的2颗粒的凝并核(量纲为m3#个-1#s-1),表示单位时间内2颗粒发生一次凝并的概率;I(V1,t)为冷凝/蒸发核(量纲为m3#s-1),表示t时刻颗粒的体积变化率。本文认为凝并核和冷凝/蒸发核不随时间变化。不同类型的凝并核和冷凝/蒸发核对于PSD的时间演变有着不同的影响规律,特别是当几种事件同时主导PSD的时候,其规律性往往难以直观发现。本文利用作者提出的多重MonteCarlo算法[1]对几种典型工况进行了数值模拟,利用数值模拟结果分析不同类型的凝并核和冷凝/蒸发核对PSD的影响。1多重MonteCarlo算法的数值模拟对于凝并核而言,可以认为K0[B(V2,V1)[K0(V2+V1)或K0V2V1,K0为常数;B(V2,V1)=K0可视为布朗凝并的一种极端情形;B(V2,V1)=K0(V2+V1)通常可用于近似描述湍流重力机制下的扩散凝并行为;B(V2,V1)=K0V2V1可描述/凝胶化0,是一种极限情形。对于冷凝/蒸发核而言,可以认为R[I(V1)[RV1,R为常数,I(V1)=R表示冷凝/蒸发行为与颗粒的体积无关,是一种极端情形;当靠近...