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1 绪论1

1．1 离散系统动力学演变过程1

1．1．1 离散系统的动力学事件2

1．1．2 离散系统动力学演变过程的基本特点7

1．2 四向耦合的两相湍流模型9

1．2．1 双流体模型10

1．2．2 流体-轨道模型11

1．3 颗粒群平衡模拟13

1．3．1 零维颗粒群平衡模拟15

1．3．2 多维颗粒群平衡模拟17

1．4 本书的主要结构18

参考文献20

2 典型动力学事件的核模型25

2．1 碰撞25

2．1．1 基础知识25

2．1．2 布朗碰撞核28

2．1．3 湍流碰撞核30

2．1．4 有限惯性小颗粒（StΚ＜1）湍流碰撞核半经验模型34

2．1．5 有限惯性颗粒碰撞核的推荐模型43

2．1．6 布朗运动和湍流运动共同作用下的碰撞核46

2．2 凝并46

2．2．1 碰撞效率46

2．2．2 凝并效率47

2．3 球化48

2．4 冷凝／蒸发49

2．5 成核50

2．6 沉积51

2．7 破碎52

2．8 其他动力学事件52

2．9 小结53

参考文献53

3 颗粒群平衡模拟的数值方法58

3．1 颗粒尺度分布函数动力学演变的特征58

3．2 矩方法60

3．2．1 传统矩方法60

3．2．2 积分矩方法62

3．2．3 直接积分矩方法65

3．2．4 内插封闭矩方法67

3．2．5 矩方法小结69

3．3 分区法70

3．3．1 基于数密度积分中值定理的分区法71

3．3．2 基于核积分中值定理的分区法75

3．3．3 分区法小结79

3．4 Monte Carlo方法79

3．4．1 时间驱动Monte Carlo方法80

3．4．2 事件驱动Monte Carlo方法82

3．4．3 常体积法85

3．4．4 常数目法86

3．4．5 强核函数法89

3．4．6 质量流量法90

3．4．7 Monte Carlo方法小结91

3．5 小结92

参考文献93

4 零维颗粒群平衡模拟的Monte Carlo方法103

4．1 多重Monte Carlo算法的发展104

4．1．1 子系统和整体系统104

4．1．2 加权虚拟颗粒105

4．1．3 子系统、整体系统和异数目权值虚拟颗粒群的统一107

4．1．4 多重Monte Carlo算法流程109

4．1．5 时间步长111

4．1．6 凝并事件的处理114

4．1．7 破碎事件的处理116

4．1．8 冷凝／蒸发（表面生长／消融）事件的处理118

4．1．9 沉积事件的处理118

4．1．10 成核事件的处理119

4．2 多重Monte Carlo算法的验证120

4．2．1 纯凝并工况120

4．2．2 纯破碎工况124

4．2．3 同时发生的凝并和破碎127

4．3 多重Monte Carlo算法小结133

4．4 零维颗粒群平衡模拟Monte Carlo方法的性能定量评判方法134

4．4．1 为什么要进行几种Monte Carlo方法的定量比较134

4．4．2 Monte Carlo方法定量比较的策略135

4．4．3 Monte Carlo方法的性能定量评判准则136

4．5 几种主流Monte Carlo方法的比较137

4．5．1 纯凝并工况137

4．5．2 纯破碎工况146

4．5．3 纯冷凝／蒸发（或生长）工况148

4．5．4 纯成核工况150

4．5．5 纯沉积工况151

4．5．6 讨论152

4．6 多重Monte Carlo算法的改进153

4．6．1 算法改进的出发点153

4．6．2 改进的多重Monte Carlo算法对凝并事件的描述155

4．6．3 改进的多重Monte Carlo算法对破碎事件的描述161

4．6．4 改进的多重Monte Carlo算法对沉积事件的描述162

4．6．5 改进的多重Monte Carlo算法对成核事件的描述162

4．7 改进的多重Monte Carlo算法的验证和比较162

4．7．1 Case1，初始单分散性颗粒群，常凝并核163

4．7．2 Case2，初始指数分布多分散性颗粒群，常凝并核167

4．8 改进的多重Monte Carlo算法小结168

4．9 事件驱动常体积法的发展169

4．9．1 发展事件驱动常体积法的出发点169

4．9．2 动力学事件的发生速率170

4．9．3 等待时间的计算173

4．9．4 主事件的选择173

4．9．5 主颗粒的选择174

4．9．6 虚拟颗粒数目的恢复和计算区域体积的保持176

4．9．7 事件驱动常体积法的流程177

4．10 事件驱动常体积法与几种主流Monte Carlo方法的比较179

4．10．1 Case1，初始单分散性颗粒群的常凝并核工况179

4．10．2 Case2，初始指数分布多分散性颗粒群的常凝并核工况180

4．10．3 Case3，初始单分散性颗粒群的多元破碎工况182

4．11 事件驱动常体积法小结183

参考文献184

5 多维颗粒群平衡模拟的Monte Carlo方法187

5．1 多维颗粒群平衡模拟的关键问题187

5．2 多维颗粒群平衡模拟的多重Monte Carlo算法191

5．2．1 雷诺应力模型描述流体相运动191

5．2．2 拉格朗日Langevin方程描述颗粒相运动193

5．2．3 数值模拟的流程194

5．2．4 多重Monte Carlo算法描述颗粒动力学演变195

5．3 多维多重Monte Carlo算法的验证203

5．3．1 计算工况203

5．3．2 考虑颗粒碰撞的多维多重Monte Carlo算法的验证205

5．3．3 考虑颗粒凝并的多维多重Monte Carlo算法的验证209

5．4 小结212

参考文献213

6 颗粒群平衡模拟的应用和展望218

6．1 降雨过程中气溶胶湿沉降的数值模拟218

6．1．1 降雨对气溶胶湿去除过程的数学模型的建立219

6．1．2 多重Monte Carlo算法对颗粒湿沉降事件的特殊处理223

6．1．3 描述气溶胶湿沉降的多重Monte Carlo算法的验证225

6．1．4 降雨类型对气溶胶湿去除效果的影响226

6．1．5 雨滴尺度谱对气溶胶湿去除效果的影响229

6．1．6 小结233

6．2 紧凑型混合颗粒收集器对燃煤锅炉飞灰颗粒收集过程的数值模拟235

6．2．1 静电除尘器的数学模型和模拟方法236

6．2．2 静电增强布袋除尘器的数学模型和模拟方法240

6．2．3 紧凑型混合颗粒收集器除尘过程的数值模拟243

6．2．4 小结248

6．3 颗粒碰撞对两相湍流流场的影响分析249

6．3．1 模拟细节249

6．3．2 模拟结果及分析250

6．3．3 小结253

6．4 展望254

6．4．1 多变量颗粒群平衡模拟254

6．4．2 多维多变量颗粒群平衡模拟256

6．4．3 颗粒群平衡模拟的应用领域257

参考文献257

附录264

附录1 主要专业术语和英文缩写264

附录2 主要符号表265