管内的固体物沉积在气相运输中是一个重要的工业现象。气流中含有的颗粒由于重力、惯性和气流湍动等作用,容易与壁面发生碰撞,从而从气体中分离出来,造成管道堵塞等危害,因此研究颗粒的粘附特征对学术和工程指导具有重大的意义。本文对0.01~50μm的颗粒粘附特征进行数值模拟,采用方形粗糙元近似地模拟粗糙壁面,选择湍流的雷诺应力模型结合双层模型模拟圆管内的流场分布及近壁区域的湍流变化。结果发现,规则的方形粗糙元使近壁面区域流场呈波浪形变化,近壁处的湍动能随粗糙度的增大而增大,相邻粗糙元之间产生很大的漩涡。采用DEM方法研究了颗粒入射参数对碰撞特征的影响,发现了摩擦系数与入射角的关系,并拟合出了摩擦系数曲线。采用随机轨道模型考察颗粒的运动情况,探讨了壁面特性、重力、气流速度对颗粒沉积情况的影响,并采用POD方法对颗粒的沉积速率进行快速预测。结果表明,粗糙度对颗粒的运动产生了很大的影响,颗粒大多与壁面碰撞从而发生粘附或反弹,但仅对小颗粒的沉积速率影响明显;影响颗粒沉积速率的因素主要有重力,惯性,运动强度和壁面的反弹作用;当粒径大于10μm时,沉积速率随气流速度的增大而减小,壁面的反弹是沉积速率减小的主要原因;与数值模拟方法相比,POD方法仅相差不到1%的误差,而且可以节省1800倍以上的计算时间,可以快速、准确的模拟颗粒的沉积情况。