近日，流體中心張德勝研究員團隊在國際多相流領域權威期刊《International Journal of Multiphase Flow》發表題為“Numerical investigation of the hydraulic transport of coarse particles in a vertical pipe based on a fully-coupled numerical model”的研究論文(International Journal of Multiphase Flow, 2022: 104094)，全文鍊接https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2022.104094 ，流體中心趙睿傑副研究員為第一作者、張德勝研究員為通訊作者，江蘇大學為論文第一單位。

管道固液兩相流輸運是水力機械典型的物料輸送方式，具有流量大、成本低、操作方便和環境友好等優點。由于歐拉-拉格朗日模型可模拟每個顆粒的運動，能較好地實現顆粒-顆粒/壁面間碰撞模拟，适用于顆粒分布不均、碰撞頻繁、顆粒形狀各異和粒徑分布較大的工況，在固液兩相流模拟領域具有十分廣泛的應用。然而，傳統計算模型通常采用Saffman和Magnus升力模型，忽略了顆粒-湍流間複雜的相互作用，嚴重影響了固液兩相流模拟的準确性。在此背景下，項目組在國家自然科學基金聯合重點項目、江蘇省傑出青年基金等項目資助下，基于歐拉-拉格朗日框架，開發了CFD和DEM求解器的耦合接口，該耦合接口考慮了所有流體-顆粒間作用力、動量傳遞機制、各轉矩模型、随機遊走模型和湍流調制的影響，植入了更适合固-液兩相流模拟的Loth升力模型，考慮各種次要力和顆粒-湍流相互作用對水力輸送的影響，分析了不同固液耦合機制及工況對顆粒分布、各相軸向速度和流體均方根速度的影響，闡明了粗顆粒在長直管内的運動規律，揭示了固液兩相流間的複雜相互作用。利用此模型研究了離心泵内固液兩相流運動規律及泵内磨損特性，研究成果提出了水力機械固液混輸數值模拟新方法，為長距離粗顆粒混輸系統優化設計提供了理論指導。

   （a）Loth升力                             （b）Saffman和Magnus升力

          不同升力模型下顆粒分布

不同升力模型下顆粒體積分數              不同次要力組合下顆粒體積分數

d_p = 0.5mm                 d_p = 1mm                     d_p = 2mm

(a) 葉輪前蓋版

d_p = 0.5mm                  d_p = 1mm                    d_p = 2mm

(b) 葉輪後蓋闆

不同顆粒粒徑下離心泵磨損形貌