微通道中弹性颗粒所受惯性升力特性的数值研究-机械工程学报.PDFVIP

第 51 卷第 14 期 机 械 工 程 学 报 Vol.51 No.14 2 0 1 5 年 7 月 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Jul. 2 0 1 5 DOI ：10.3901/JME.2015.14.160 * 微通道中弹性颗粒所受惯性升力特性的数值研究 王企鲲 王 浩 (上海理工大学能源与动力工程学院 上海 200093) 摘要：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。 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 中图分类号：O359 Behavior for Inertial Lift on Elastic Particles in Micro-channel WANG Qikun WANG Hao (School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science Technology, Shanghai 200093) Abstract ：A simple model is presented to describe the elastic deformation of a spherical particle, by which a numerical approach is proposed to describe the quasi-stationary motion of an elastic particle translating in the laminar flow of a squared micro-channel based on the ‘Motion Relativity’. The behavior of the inertial lift exerted on an elastic particle is numerically investigated and the emphasis of this study is to reveal the influence on the inertial lift by the deformation of the elastic particle. Results indicate that there is always a transverse focused position for an elastic particle translating in a laminar micro-channel flow with low Reynolds number. The focused