液相中颗粒沉降及颗粒-气泡碰撞行为广泛存在于自然界及工业领域。如水处理过程中悬浮物颗粒自由沉降过程以及颗粒与被吹入气泡的碰撞过程。研究者对颗粒沉降行为及颗粒-气泡碰撞行为进行了大量研究,但仍存在较多不足。如目前没有针对不同管道宽度下的非圆形颗粒沉降行为,质量一定条件下,颗粒长宽比对矩形颗粒沉降的影响也没有公开报道。此外,颗粒-气泡碰撞行为也存在较多不足,如实验研究设定颗粒-气泡碰撞时的气泡处于静止状态,没有考虑气泡运动的影响,而模拟方面也多假定气泡为静止刚体小球,没有考虑气泡形状变化及上浮运动的影响。基于上述问题,本文采用数值模拟方法,分别研究了不同形状颗粒在不同管道宽度下的沉降行为,并研究了不同形状颗粒与气泡的碰撞及吸附行为,具体结论如下:(一)颗粒沉降行为(1)在不同雷诺数下,颗粒的沉降行为总共出现了四种:稳定沉降、弱振荡沉降、强振荡沉降、不规则震荡沉降。(2)当管道宽度小于10mm时,管道宽度对颗粒沉降行为影响较大;当管道宽度大于10mm时,管道宽度对颗粒沉降行为基本无影响。(3)在保证颗粒面积不变的前提下,模拟了颗粒长宽比对颗粒沉降行为的影响。最终结果表明,随着颗粒长宽比的增大,颗粒的平均阻力系数也随之增大。(4)在同一雷诺数下,圆形颗粒的平均阻力系数小于方形和椭圆形的。对于椭圆和方形颗粒,当雷诺数小于110时,方形颗粒的平均阻力系数小于椭圆形颗粒的平均阻力系数;而当雷诺数大于1 10时,则相反。(二)颗粒-气泡碰撞行为(1)前进接触角较大的颗粒,颗粒和气泡的碰撞时间要短。圆形颗粒与气泡的碰撞及吸附方式有两种,方形颗粒与气泡的吸附方式也有两种,但碰撞方式只有一种。(2)当气泡直接小于0.8mm时,圆形颗粒与气泡的碰撞及临界吸附时间随着气泡直径增大而增大,而方形颗粒与气泡的碰撞及临界吸附时间的趋势却完全相反。(3)当气泡直径大于0.4mm时,方形颗粒与气泡的碰撞及吸附时间均小于圆形颗粒与气泡的碰撞及吸附时间。