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Computational fluid dynamics-discrete element method simulation of stirred tank reactor for graphene production
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作者 Shuaishuai Zhou Jing Li +5 位作者 Kaixiang Pang Chunxi Lu Feng Zhu Congzhen Qiao Yajie Tian Jingwei Zhang 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期196-207,共12页
Liquid phase exfoliation(LPE)process for graphene production is usually carried out in stirred tank reactor and the interactions between the solvent and the graphite particles are important as to improve the productio... Liquid phase exfoliation(LPE)process for graphene production is usually carried out in stirred tank reactor and the interactions between the solvent and the graphite particles are important as to improve the production efficiency.In this paper,these interactions were revealed by computational fluid dynamics–discrete element method(CFD-DEM)method.Based on simulation results,both liquid phase flow hydrodynamics and particle motion behavior have been analyzed,which gave the general information of the multiphase flow behavior inside the stirred tank reactor as to graphene production.By calculating the threshold at the beginning of graphite exfoliation process,the shear force from the slip velocity was determined as the active force.These results can support the optimization of the graphene production process. 展开更多
关键词 Computational fluid dynamics discrete element method Stirred tank LPE process Liquid-particle interactions
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Analysis of gas-solid flow and shaft-injected gas distribution in an oxygen blast furnace using a discrete element method and computational fluid dynamics coupled model 被引量:3
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作者 Zeshang Dong Jingsong Wang +2 位作者 Haibin Zuo Xuefeng She Qingguo Xue 《Particuology》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第3期63-72,共10页
lronmaking using an oxygen blast furnace is an attractive approach for reducing energy consumption in the iron and steel industry. This paper presents a numerical study of gas-solid flow in an oxygen blast fur- nace b... lronmaking using an oxygen blast furnace is an attractive approach for reducing energy consumption in the iron and steel industry. This paper presents a numerical study of gas-solid flow in an oxygen blast fur- nace by coupling the discrete element method with computational fluid dynamics. The model reliability was verified by previous experimental results. The influences of particle diameter, shaft tuyere size, and specific ratio (X) of shaft-injected gas (51G) flowrate to total gas flowrate on the SIC penetration behavior and pressure field in the furnace were investigated. The results showed that gas penetration capacity in the furnace gradually decreased as the particle diameter decreased from 100 to 40 mm. Decreasing particle diameter and increasing shaft tuyere size both slightly increased the SIG concentration near the furnace wall but decreased it at the furnace center. The value of X has a significant impact on the SIG distribution. According to the pressure fields obtained under different conditions, the key factor affecting SIG penetration depth is the pressure difference between the upper and lower levels of the shaft tuyere. If the pressure difference is small, the SIG can easily penetrate to the furnace center. 展开更多
关键词 Oxygen blast furnace discrete element method Computational fluid dynamics Shaft gas injection Gas-solid flow Pressure field
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氦冷固态包层氚增殖球床气体和粉末流动特性的数值研究
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作者 王开松 刘明宗 汪键 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期163-169,共7页
基于计算流体力学和离散元耦合分析,研究了氦冷固态增殖包层球床中吹扫氦气的速度分布和破碎的正硅酸锂粉末速度随时间的变化及粉末数量随氦气入口流速变化。模拟结果表明,在吹扫氦气流动方向上,用入口流速归一化的氦气速度分布与入口... 基于计算流体力学和离散元耦合分析,研究了氦冷固态增殖包层球床中吹扫氦气的速度分布和破碎的正硅酸锂粉末速度随时间的变化及粉末数量随氦气入口流速变化。模拟结果表明,在吹扫氦气流动方向上,用入口流速归一化的氦气速度分布与入口流速无关,在靠近球床边缘速度变化较大,在球床中部速度变化较小;用入口流速归一化的粉末平均速度与入口流速关系不大,会随吹扫时间逐渐趋于稳定;对小粒径粉末,吹扫气体流速越大,越容易被吹出球床,对大粒径粉末,因其本身体积过大,易在球床中形成堵塞。 展开更多
关键词 氦冷包层 正硅酸锂球床 计算流体力学 离散单元法
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基于CFD-DEM的流态化速冻影响因素研究
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作者 唐福波 武凯 倪俊 《计算机仿真》 2024年第2期380-385,共6页
利用Fluent多孔介质理论建立了速冻流化床等效流域模型;以表观气速、入口温度、脉动频率为试验因素,根据CFD-DEM数值模拟方法对典型颗粒形状物料的流态化和冻结进行单因素试验分析,探究了各试验因素对物料冻结的影响规律;基于单因素试... 利用Fluent多孔介质理论建立了速冻流化床等效流域模型;以表观气速、入口温度、脉动频率为试验因素,根据CFD-DEM数值模拟方法对典型颗粒形状物料的流态化和冻结进行单因素试验分析,探究了各试验因素对物料冻结的影响规律;基于单因素试验结果,以平均降温速率为评价指标,进行三因素、四水平的正交试验,试验结果表明,在进风量一定的情况下,影响程度由强到弱依次为入口温度、脉动频率、表观气速。以期分析结果对脉冲气流式速冻工程实践具有一定的参考作用。 展开更多
关键词 计算流体力学-离散单元法 速冻流化床 冻结温度 脉动频率
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基于计算流体力学-离散单元法的U形管冲蚀磨损数值模拟研究
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作者 梁景银 许磊 +1 位作者 陈文飞 包士毅 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第5期545-554,共10页
采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准... 采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准确性。结果表明,U形弯头的冲蚀磨损位置主要有3处;磨损率随粒径的增大呈现整体减小的趋势;U形管拱背磨损率随气速的增加而增大,且前2处磨损率峰值位置随气速的增加向入口方向偏移;长椭球对U形管造成的磨损最严重,扁椭球次之,球形最轻;粗粒化CFD-DEM能够基本准确预测U形管冲蚀磨损,且显著降低计算时间。 展开更多
关键词 气固两相流 计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM) U形管 冲蚀磨损 颗粒形状 粗粒化模型
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大变幅加卸载下特厚煤层底板断层突水机理模拟研究
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作者 李浩 朱开鹏 +2 位作者 郭国强 周杨 康志勤 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期118-128,共11页
特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性... 特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性应变、应力之间的相关关系,得到完整岩块的拉、加压卸载损伤演化方程;以平方拉剪应力与Benzeggagh-Kenane为初始、完全断裂准则,建立塑性位移与强度劣化关系,建立加卸载韧性断裂本构关系;基于实验数据建立贯通裂隙加卸载剪切本构关系。以基本方程与状态方程为基础,结合浸没边界方法,形成裂隙岩体水力学模拟理论。由此编制流体动力学-有限离散元CFD-FDEM耦合程序,模拟研究特厚煤层底板断层活化突水过程。结果表明:CFD-FDEM耦合程序可数值实现特厚煤层底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及断层带裂隙水运移过程。底板断层采动破坏包络线呈W形,最深位于断层及其上盘(48.6m),最浅位于断层下盘(23m)。特厚煤层采场底板断层及其上盘受到较大超前集中应力,而后在采空区内大幅卸载,导致该位置出现显著二次破坏,并形成主要导水通道。研究成果为特厚煤层工作面底板断层水害防治提供理论支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 底板断层 突水机理 CFD-FDEM耦合 大变幅加卸载
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考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化
7
作者 刘经京 吴海燕 余龙 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期62-70,共9页
[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎... [目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法(CFD-DEM)来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。 展开更多
关键词 极地探险邮轮 型线优化 权重法 计算流体力学耦合离散元法
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基于CFD-DEM的超细碳酸钙螺旋输送仿真分析
8
作者 蔡文源 王利强 徐立敏 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2024年第3期100-111,共12页
【目的】为提高螺旋输送机的输送效率,降低输送机的功耗与磨损,探究在不同进料速率、螺旋轴转速与几何体摩擦系数下,超细碳酸钙在水平变径变距螺旋输送机内的颗粒流动状态、出口质量流量、输送机功耗与磨损分布。【方法】使用计算流体... 【目的】为提高螺旋输送机的输送效率,降低输送机的功耗与磨损,探究在不同进料速率、螺旋轴转速与几何体摩擦系数下,超细碳酸钙在水平变径变距螺旋输送机内的颗粒流动状态、出口质量流量、输送机功耗与磨损分布。【方法】使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散单元法(discrete element method,DEM)双向耦合数值模拟的方法,对螺旋输送机在不同转速下的质量流率进行分析对比,验证数值模型的正确性。【结果】摩擦系数对颗粒的运动有较大影响,颗粒流的轴向速度峰值和质量流率峰值随着摩擦系数的增加先增大再减小;随着下料速度和摩擦系数的增大,输送机功率明显增大,且摩擦系数在高进料速度与低转速的情况下对功耗的影响相对于低进料速度和高转速更加明显;磨损较严重的区域集中在下料口处的螺旋轴与螺旋叶片的边缘处。【结论】简单增大或减小摩擦系数并不能提高颗粒的轴向速度和质量流量,而是存在一个局部最优参数组合;适当地提高转速能够减小颗粒密实度与颗粒停留时间,从而减小输送机的功耗与几何体磨损。 展开更多
关键词 超细碳酸钙 计算流体动力学 离散单元法 螺旋输送机 颗粒流动
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基于CFD-DEM的湿颗粒气力输送数值模拟
9
作者 徐止恒 李政权 +3 位作者 王贻得 武煜坤 李凯旋 石昊宇 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2024年第2期12-23,共12页
【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, C... 【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和离散元法(discrete element method, DEM)双向耦合的数值模拟方法,通过对弯头外侧中心线的颗粒速度分析对比,验证数值模型的正确性以及网格的无关性。【结果】干颗粒沉降在管道底部,表现为管底流的运动状态,湿颗粒因液桥力的作用而形成紧密的颗粒团块,以单粒子和颗粒团2种形式进行运动,并且颗粒含水率越大,颗粒团聚现象越严重;湿颗粒的输送速度明显比干颗粒低,且随着颗粒含水率的增加,颗粒的平均输送速度呈下降趋势。【结论】相对于干颗粒输送,湿颗粒输送流动性更弱、输送效率更低以及能耗更高,在实际工业应用中,应当对湿颗粒进行前处理,以便于气力输送的无故障进行。 展开更多
关键词 计算流体力学 离散元法 湿颗粒 液桥力 流态
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脉动流化床内青刀豆颗粒的混合特性数值模拟
10
作者 杨晓燕 楼晓华 +2 位作者 钱丹 李林建 许彤 《轻工机械》 CAS 2024年第2期23-29,共7页
青刀豆一般采用流化床装置进行速冻。为了解决其床层堵塞和聚集不良的问题,进一步提高青刀豆的混合效率,课题组建立了三维混合脉动流化床模型,将计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-D... 青刀豆一般采用流化床装置进行速冻。为了解决其床层堵塞和聚集不良的问题,进一步提高青刀豆的混合效率,课题组建立了三维混合脉动流化床模型,将计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)相结合,探究1,2,4和8 Hz 4种不同频率的脉动进口风速下青刀豆颗粒的流化混合情况。仿真结果表明:脉动流化床对于青刀豆颗粒混合具有一定改善作用,青刀豆颗粒的轴向混合强于径向混合,4 Hz时颗粒混合标准偏差值最小;当进口风速的频率接近颗粒的自主振动频率时,床层膨胀最明显,出现类似“共振”的现象;2 Hz时颗粒径向、轴向混合效果最佳,频率过大或过小对于流态化增强效果不明显。 展开更多
关键词 颗粒混合 青刀豆 三维混合脉动流化床 计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM) 振动频率
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CFD-DEM simulation of fluid-solid flow of a tapered column separation bed 被引量:4
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作者 Duan Chenlong Sheng Cheng +2 位作者 Wu Lingling Zhao Yuemin He Jinfeng 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2015年第5期855-859,共5页
Research on recycling waste Printed Circuit Boards(PCB) is at the forefront of preventing environmental pollution and finding ways to recycle resources.The Tapered Column Separation Bed(TCSB) is invented aiming at dis... Research on recycling waste Printed Circuit Boards(PCB) is at the forefront of preventing environmental pollution and finding ways to recycle resources.The Tapered Column Separation Bed(TCSB) is invented aiming at disposing the problem that fine particles of waste printed circuit boards cannot be separated efficiently so as to obtain further insight about the underlying mechanisms and demonstrate the separation feasibility in the tapered column separation bed.In this work,a Computational Fluid Dynamics(CFD) coupled with Discrete Element Method(DEM) model for two-phase flow has been extended to simulate the fluid-solid flow in the tapered column separation bed.Its validity is demonstrated by its successful capturing the key features of particles' flow pattern,velocity,the pressure distribution,the axial position with time and axial force for particles with different densities.Simulation results show that the plastic particles and resin particles become overflow,while copper particles,iron particles and aluminum particles successively become underflow,with a discharge water flow rate of 1 m^3/h,an obliquity of 30°.The simulated results agree reasonably well with the experimental observation.Using this equipment to separate waste PCBs is feasible,theoretically. 展开更多
关键词 柱分离 锥形 模拟 流体流动 废印刷电路板 计算流体动力学 两相流模型 离散单元法
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Modelling of Magnetorheological Fluids with Combined Lattice Boltzmann and Discrete Element Approach
12
作者 K.Han Y.T.Feng D.R.J.Owen 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2010年第5期1095-1117,共23页
A combined lattice Boltzmann and discrete element approach is proposedfor numerical modelling of magnetorheological fluids. In its formulation, the particledynamics is simulated by the discrete element method, while t... A combined lattice Boltzmann and discrete element approach is proposedfor numerical modelling of magnetorheological fluids. In its formulation, the particledynamics is simulated by the discrete element method, while the fluid field is resolvedwith the lattice Boltzmann method. The coupling between the fluid and the particlesare realized through the hydrodynamic interactions. Procedures for computing magnetic, contact and hydrodynamic forces are discussed in detail. The applicability ofthe proposed solution procedure is illustrated via a two-stage simulation of a MR fluidproblem with four different particle volume fractions. At the first stage, simulationsare performed for the particle chain formation upon application of an external magnetic field;and at the second stage, the rheological properties of the MR fluid underdifferent shear loading conditions are investigated with the particle chains establishedat the first stage as the initial configuration. 展开更多
关键词 Magnetorheological fluids particle dynamics rheological properties magnetic interaction models lattice Boltzmann method discrete element method
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基于浸入边界法的高解析度CFD-DEM流固耦合方法 被引量:1
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作者 毛佳 肖景文 +1 位作者 赵兰浩 底瑛棠 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期988-995,共8页
根据流固耦合问题的普遍性,提出了基于浸入边界法的高解析度计算流体力学-离散元法(CFD-DEM)流固耦合方法.新方法采用基于欧拉框架的计算流体力学方法描述流体的运动,采用基于拉格朗日框架的离散元法描述固体的运动及碰撞,在离散单元的... 根据流固耦合问题的普遍性,提出了基于浸入边界法的高解析度计算流体力学-离散元法(CFD-DEM)流固耦合方法.新方法采用基于欧拉框架的计算流体力学方法描述流体的运动,采用基于拉格朗日框架的离散元法描述固体的运动及碰撞,在离散单元的表面布置浸入边界点,解决固体运动过程中与流体间的移动且未知的边界问题.为验证方法的准确性,模拟了圆柱绕流涡激振动、方块驰振两个经典算例,计算结果与数值解吻合度高,说明新方法能够准确描述流固耦合作用.最终,将该方法应用于多块体沉降的模拟,结果表明新方法能够反映流场的复杂变化,有效处理包含大量任意形状离散块体碰撞的流固耦合问题. 展开更多
关键词 流固耦合 浸入边界 计算流体力学 离散元法 高解析度
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高能球磨下的微米级粉体应力概率
14
作者 张昌松 高晓阳 +1 位作者 陈飞昌 陶俊 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2023年第2期92-103,共12页
以高能立式搅拌器模型为基础,建立微米级粉体机械活化过程的多尺度仿真模型,通过流体力学-离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method, CFD-DEM)耦合模拟磨球运动规律,分析球磨稳定时不同磨球碰撞相对速度的概率占... 以高能立式搅拌器模型为基础,建立微米级粉体机械活化过程的多尺度仿真模型,通过流体力学-离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method, CFD-DEM)耦合模拟磨球运动规律,分析球磨稳定时不同磨球碰撞相对速度的概率占比,并通过稠密离散相模型对微米级粉体运动分布区域进行分析,基于以上仿真结果建立粉体应力概率分析模型。结果表明:粉体应力概率与磨球碰撞相对速度的切向、法向分量比值存在直接联系,拟合出二者关系曲线为指数型函数曲线,其中判定系数R^(2)为0.93,数值接近于1,拟合曲线的预测效果较为理想,为分析粉体的塑性变形及破碎率提供数值基础。 展开更多
关键词 高能球磨 流体力学-离散元法 应力概率 多尺度建模
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猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟 被引量:2
15
作者 肖华波 王泽皓 +2 位作者 石伟明 王东坡 欧阳朝军 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期161-170,共10页
滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(C... 滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(CFD)求解水体流动,采用离散单元法(DEM)模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示:计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害,可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。 展开更多
关键词 滑坡涌浪 计算流体力学(CFD) 离散单元法(DEM) 耦合模型 数值模拟
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基于CFD-DEM方法的太阳能阻碍流吸热器内部颗粒吸热和流动特性研究 被引量:1
16
作者 马天增 张强强 +4 位作者 付铭凯 任婷 吴佳妮 常哲韶 李鑫 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期2741-2751,共11页
新型直接式太阳能热化学吸热器的设计对太阳能高效制备燃料至关重要。针对直接式固体颗粒吸热器玻璃沾染、吸热器蓄热、吸热器回热等问题,提出一种太阳能阻碍流式吸热器,并采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和离散元(... 新型直接式太阳能热化学吸热器的设计对太阳能高效制备燃料至关重要。针对直接式固体颗粒吸热器玻璃沾染、吸热器蓄热、吸热器回热等问题,提出一种太阳能阻碍流式吸热器,并采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和离散元(discrete element method,DEM)的方法对吸热器内部颗粒吸热和流动特性进行研究。探索气体流速、辐照强度等因素对吸热颗粒通过率和温度分布的影响规律。结果表明入口气体流速为1m/s的时候,与非阻碍式吸热器相比,0.8s的时间吸热颗粒在阻碍式吸热器内部通过率由93.5%降低到了72.5%,然而,吸热颗粒的平均温度由1374.69K提升至1742.32K;阻碍颗粒预热后,即使在太阳光入射强度为0W/m^(2)的条件下,0.8s的时间,吸热颗粒出口平均温度依然能够达到1673.51K,最高温度可以达到1844.78K;当气体入口的流速从1m/s增加到3m/s,0.8s时刻,吸热颗粒的通过率也从72.5%减小到60.5%,同时其平均温度也由1742K降低到1633K。研究结果验证了新型吸热器的储热及抗热震效果。 展开更多
关键词 太阳能 阻碍流 吸热器 计算流体力学和离散元 颗粒
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流固耦合方法在农业工程中的应用 被引量:2
17
作者 李昊 张猛强 +1 位作者 尹勇 张宏 《中国农机化学报》 北大核心 2023年第2期20-28,共9页
利用流固耦合方法解决农业工程中物料与其所处流场间相互作用及质量、动量和能量的相互转换对作业效果的影响是现代农业机械设计及优化环节中的研究热点和难点。从流固耦合方法的基本原理出发,阐述在农业工程各典型环节流固耦合方法的... 利用流固耦合方法解决农业工程中物料与其所处流场间相互作用及质量、动量和能量的相互转换对作业效果的影响是现代农业机械设计及优化环节中的研究热点和难点。从流固耦合方法的基本原理出发,阐述在农业工程各典型环节流固耦合方法的应用现状和发展趋势。对基于流固耦合的数值模拟仿真及其应用推广所面临的主要问题进行分析和总结,指出农业物料颗粒模型还原度低和网格模型验证方法缺失是流固耦合方法在农业工程领域中进一步发展的制约因素。加强颗粒模型和网格绘制的基础研究工作,将促使流固耦合方法在农业工程领域得到较大范围的推广与应用,并且向多元化方向发展。与此同时,推动更适合农业物料建模的软件平台开发,提高计算机计算能力,提升模型计算效率和准确性是今后的研究方向和工作重点。 展开更多
关键词 流固耦合 数值模拟 计算流体力学 离散元法
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结构物砰击入水过程的CFD-DEM-IBM数值仿真
18
作者 底瑛棠 赵兰浩 毛佳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期87-96,共10页
为实现入水过程的精细数值仿真,解决入水问题数值模拟所面临的关键技术问题,围绕结构入水过程中固体移动边界的合理描述、自由液面的准确捕捉及流固耦合作用的精细刻画等核心难题,融合计算流体动力学-离散单元法(CFD-DEM)、浸入边界法(I... 为实现入水过程的精细数值仿真,解决入水问题数值模拟所面临的关键技术问题,围绕结构入水过程中固体移动边界的合理描述、自由液面的准确捕捉及流固耦合作用的精细刻画等核心难题,融合计算流体动力学-离散单元法(CFD-DEM)、浸入边界法(IBM)及改进的守恒式Level Set(ICLS)方法,提出了一种CFD-DEM-IBM方法。采用固定的笛卡尔网格离散计算域,分别通过CFD与DEM描述流体与结构运动,引入IBM追踪固体移动边界并获取准确的流固耦合作用力,采用ICLS方法在保证守恒性的同时隐式捕捉自由液面,并通过分区算法,在一个时间步内进行数次交错迭代以反映流固两相间的强耦合效应,建立了高解析度的CFD-DEM-IBM数值模型。通过圆柱常速入水、楔形体对称及非对称入水和多体入水现象仿真分析研究,结果表明,CFD-DEM-IBM方法能够考虑多块体间的相互作用,在准确反映流固耦合效应的同时能够获得高解析度的流场,在多体入水问题处理方面优势显著。 展开更多
关键词 流固耦合 入水 多体 数值仿真 计算流体动力学-离散单元法
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气固流化床化学反应数值模拟中颗粒尺度模型研究进展
19
作者 邱沫凡 蒋琳 +3 位作者 刘荣正 刘兵 唐亚平 刘马林 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5047-5058,共12页
气固流化床由于其优良的气固接触效率和传热传质效率,已经被广泛应用于能源、矿冶、化工、制药等工业领域。本文针对颗粒流态化-反应系统数值模拟研究进行了综述,阐述了数值模拟的三个尺度:化学反应工程模型、双流体模型以及颗粒尺度模... 气固流化床由于其优良的气固接触效率和传热传质效率,已经被广泛应用于能源、矿冶、化工、制药等工业领域。本文针对颗粒流态化-反应系统数值模拟研究进行了综述,阐述了数值模拟的三个尺度:化学反应工程模型、双流体模型以及颗粒尺度模型。然后聚焦于基于CFD-DEM方法的变粒径颗粒流态化-化学反应过程模拟,梳理分析了6种颗粒反应模型,即均匀转化模型、缩粒反应模型、缩核反应模型、联合收缩模型、细颗粒反应模型和随机孔隙模型,并从颗粒性质变化、化学反应模型、不同尺度耦合三个角度探讨了不同的颗粒反应模型的优点和应用中的局限性,分析了跨尺度颗粒系统模拟方法的发展近况,最后讨论了CFD-DEM方法在气固流化床化学反应过程模拟的应用上未来可能的发展方向,包括颗粒尺度大规模高效计算算法、颗粒反应模型的精确化以及颗粒-气体信息传递的精细化描述方面。有助于气固流化床化学反应模拟领域的梳理和发展,尤其是可供颗粒尺度模拟领域的研究人员参考和借鉴。 展开更多
关键词 气固流化床化学反应 多尺度模拟方法 计算流体力学-离散单元法 颗粒尺度反应模型
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基于DEM-MFBD-CFD方法的冰雪飞溅击打应答器力学研究
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作者 迟义浩 肖宏 +2 位作者 郄录朝 张智海 路锟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第24期290-297,共8页
严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响,现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象,而国内外对此研究尚未见文献报道。采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(discrete element method-multi flexible body dynami... 严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响,现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象,而国内外对此研究尚未见文献报道。采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(discrete element method-multi flexible body dynamics-computational fluid dynamics, DEM-MFBD-CFD)耦合分析法,建立车厢底板结冰脱落击打应答器模型,并借助风洞和现场试验结果,验证了模型的可靠性;基于建立的分析模型研究不同列车速度、风压变化、冰块质量等因素对应答器击打的受力影响。结果表明:应答器受到的最大应力随列车运行速度呈现幂函数增长关系,当行车速度增大到350 km/h时,最大应力达15.591 MPa,约为150 km/h时的3.5倍;且随冰块质量增加应答器最大应力呈现先迅速增加后缓慢增长趋势;当横风风速为5~20 m/s作用时,应答器表面所受到的最大应力相差不大,表明横风对冰雪击打应答器作用可忽略不计;为减小冰雪飞溅击打应答器危害,可采取除融雪手段、列车降速等措施。 展开更多
关键词 冰雪飞溅 离散单元法 离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(DEM-MFBD-CFD)耦合分析法 应答器 力学响应
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