细微颗粒物在日常生活和生产中普遍存在。当带有细微颗粒物的气流在流经某一壁面时,颗粒会由于受到近壁面的湍流结构、颗粒与壁面的相互作用和壁面材质等因素使部分颗粒发生沉积。由于加工问题,在工程实际中不存在绝对光滑的表面,本文通过在壁面布置横肋结构来简化粗糙壁面,粗糙结构的存在使壁面附近流场受到扰动,产生一系列湍流漩涡,使流场变得更为复杂,并且颗粒与颗粒、壁面碰撞、反弹和颗粒团聚行为使颗粒沉积过程尚不明确。因此,有必要对粗糙壁面颗粒趋壁沉积行为进行深入研究。本文采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)—离散单元法(Discrete Element Method,DEM)耦合方法分别对粗糙壁面单分散颗粒和多分散颗粒沉积行为进行研究,考虑了颗粒间碰撞、反弹和黏附作用,探索了粗糙结构、壁面材质、颗粒质量浓度和入口风速对颗粒沉积特性的影响,从颗粒运动轨迹、碰撞力、粘附力、耦合力和碰撞角角度揭示颗粒沉积机理,并且将模拟结果与实验数据进行了对比验证。粗糙壁面单分散颗粒沉积特性的模拟结果表明,在涡扩散碰撞区,由于粗糙结构的拦截、湍流涡的卷吸和颗粒-壁面的粘附作用,使得粗糙壁面小颗粒(10-1<τp+<10)的无量纲沉积速度明显高于光滑壁面颗粒无量纲沉积速度;对于较大颗粒(τp+>10),颗粒-壁面碰撞发生反弹,旋涡不足以卷吸弹起颗粒使其沉积,导致粗糙流道的颗粒沉积速度反而小于光滑流道。由于黏附作用,颗粒间会发生团聚并形成链结构,并且颗粒较大时链结构比较明显。其中10μm、50 μm颗粒-颗粒间粘附力大约是2 μm颗粒的100倍,因而颗粒-颗粒间粘附力对大颗粒的无量纲沉积速度有一定的提升作用。对于10 μm、30 μm和50 μm的颗粒,颗粒无量纲沉积速度随碰撞恢复系数的增加先减小后趋于平稳,而2 μm颗粒的沉积速度整体变化幅度很小。粗糙壁面多分散颗粒沉积特性的模拟结果显示,改变风速时,边界层厚度不是导致颗粒沉积发生变化的主导因素。在距离流道入口的两个粗糙结构附近,颗粒沉积概率密度几乎不受颗粒质量浓度的影响,从第三个粗糙结构开始,颗粒沉积概率密度在质量浓度为2.78 g/m3时达到最大值。随风速增大,颗粒无量纲沉积速度减小,并且减小幅度越来越大。这是因为风速增加时流体对颗粒的耦合力增强,8 m/s风速下的耦合力是4 m/s的2.3倍,导致颗粒与壁面的碰撞力增大,发生碰撞之后的反弹角度增加,流速每增加2 m/s,颗粒与第一个粗糙结构的反弹角度增加约10°。