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固液两相流沉降模型与数值模拟研究的综述报告
固液两相流沉降模型与数值模拟研究的综述报告
固液两相流沉降是液体中的固体颗粒由于其重力而在液面下方垂直降落的过程。这一过程在科学技术中有广泛的应用，如半导体掩模的制造、材料分选和水处理等领域。因此，对固液两相流沉降的研究显得至关重要。本文将综述固液两相流沉降模型与数值模拟的研究进展。
1.固液两相流沉降模型
固液两相流沉降模型包括了流体力学、质量传递和牛顿力学等多个方面的内容。根据颗粒浓度和相互作用的不同，可将其分为稀相、浓相和硬球三种模型。
稀相模型是指液体中颗粒浓度较低，相互作用可以忽略不计的情况。此时，颗粒之间的碰撞不会对流体的整体动力学行为产生影响。因此，可将固液两相流视为单独的液相流动。稀相模型的粒子沉降速度与Stokes定数有关。
浓相模型是指液体中颗粒浓度较高，颗粒之间的相互作用对流体整体动力学行为有一定的影响。此时，颗粒之间的碰撞会导致沉降速度的变化，因此其沉降速度与Stokes定数不再成正比关系。
硬球模型是指颗粒之间互不渗透且完全弹性碰撞的模型。此时颗粒之间的作用力包括Hertz接触力和扰动拒曲能力。
2.数值模拟研究
数值模拟是研究固液两相流沉降的重要方法之一，它能够模拟颗粒沉降速度、颗粒间的相互作用以及颗粒与流体间的相互作用等多种物理现象。
在数值模拟的研究中，离散元（DEM）模拟和CFD-DEM（计算流体动力学和离散元耦合）方法被广泛采用。
DEM模拟是一种基于牛顿力学原理的数学模型。其中，每个颗粒都是一个个体，其沉降过程通过颗粒之间的碰撞来模拟。而CFD-DEM模拟则是在单相流场模型的基础上引入颗粒沉降模型，充分考虑颗粒与流体的相互作用。
此外，近年来，机器学习方法也被广泛地应用于固液两相流沉降模型的建立和预测。例如，基于深度学习的模型可以对颗粒沉降速度进行预测。
3.结论
固液两相流沉降模型与数值模拟是该领域研究的前沿和热点。稀相模型、浓相模型和硬球模型分别适用于不同的颗粒浓度和相互作用情况。离散元模拟和CFD-DEM方法可以较为准确地模拟颗粒沉降过程。机器学习方法在颗粒沉降速度预测方面有很大的潜力。以上研究对于促进固液两相流沉降的应用具有重要的意义。