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Simulation on hydrodynamics of non-spherical particulate system using a drag coefficient correlation based on artificial neural network 被引量:1
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作者 Sheng-Nan Yan Tian-Yu Wang +2 位作者 Tian-Qi Tang An-Xing Ren Yu-Rong He 《Petroleum Science》 SCIE CAS CSCD 2020年第2期537-555,共19页
Fluidization of non-spherical particles is very common in petroleum engineering.Understanding the complex phenomenon of non-spherical particle flow is of great significance.In this paper,coupled with two-fluid model,t... Fluidization of non-spherical particles is very common in petroleum engineering.Understanding the complex phenomenon of non-spherical particle flow is of great significance.In this paper,coupled with two-fluid model,the drag coefficient correlation based on artificial neural network was applied in the simulations of a bubbling fluidized bed filled with non-spherical particles.The simulation results were compared with the experimental data from the literature.Good agreement between the experimental data and the simulation results reveals that the modified drag model can accurately capture the interaction between the gas phase and solid phase.Then,several cases of different particles,including tetrahedron,cube,and sphere,together with the nylon beads used in the model validation,were employed in the simulations to study the effect of particle shape on the flow behaviors in the bubbling fluidized bed.Particle shape affects the hydrodynamics of non-spherical particles mainly on microscale.This work can be a basis and reference for the utilization of artificial neural network in the investigation of drag coefficient correlation in the dense gas-solid two-phase flow.Moreover,the proposed drag coefficient correlation provides one more option when investigating the hydrodynamics of non-spherical particles in the gas-solid fluidized bed. 展开更多
关键词 Fluidized bed Two-fluid model drag coefficient correlation non-spherical particle Artificial neural network
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各向异性砂土渗流潜蚀流体动力学-离散元流固耦合分析
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作者 周闯 钱建固 尹振宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期302-312,共11页
针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦... 针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比,验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上,生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样,模拟向上渗流潜蚀试验,并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性,研究不同充填状态下(欠填充和过填充)不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后,对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验,探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明,过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大,而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小;欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒,而对于过填充试样,潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外,三轴试验表明,潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化,且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。 展开更多
关键词 CFD-DEM 渗流潜蚀 异形颗粒 拖曳力模型 各向异性 微观组构
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Characteristics from a hydrodynamic model of a trapezoidal artificial reef 被引量:5
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作者 姜昭阳 梁振林 +2 位作者 黄六一 刘扬 唐衍力 《Chinese Journal of Oceanology and Limnology》 SCIE CAS CSCD 2014年第6期1329-1338,共10页
Flume experiments and numerical simulation were conducted to characterize the hydrodynamics of a trapezoid artificial reef.Measurements in particle image velocimetry were conducted to observe the formation of upwellin... Flume experiments and numerical simulation were conducted to characterize the hydrodynamics of a trapezoid artificial reef.Measurements in particle image velocimetry were conducted to observe the formation of upwelling and vortices;and forces for the reef model were measured by load cell.The results of flume experiments agree well with the numerical data.In addition,the flow structure around a reef combining trapezoidal and cubic blocks was simulated numerically under two deployment schemes,showing a more complicated flow structure than that of a stand-alone reef.Relationship between drag coefficient and Reynolds number suggest that the degree of turbulence can be assessed from the value of drag coefficient downstream from the reef.The role of the reef in water flow is to reduce flow velocity and generate turbulence. 展开更多
关键词 水动力模型 人工鱼礁 梯形 水槽实验 粒子图像测速 数值模拟 阻力系数 称重传感器
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容性耦合硅烷等离子体尘埃颗粒空间分布的二维流体模拟 被引量:1
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作者 段蒙悦 贾文柱 +2 位作者 张莹莹 张逸凡 宋远红 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第16期181-189,共9页
基于自主研发的二维流体尘埃模型,研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响.模拟发现,有别于一维模型,径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要... 基于自主研发的二维流体尘埃模型,研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响.模拟发现,有别于一维模型,径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要因素,使其在极板边缘处呈现两个局部峰值,其中一个峰值表明尘埃颗粒有可能会克服电场力的支撑更接近极板.在极板半径较小或极板间距较小的情况下,径向离子拖拽力的作用增强,使尘埃颗粒更易于在极板边缘处和腔室侧壁附近聚集,出现环状尘埃颗粒分布带.在放电极板有介质材料包裹的情况下,尘埃颗粒密度径向分布的均匀性得到改善.最后,还模拟了单个尘埃颗粒在极板边缘处的涡旋运动规律. 展开更多
关键词 容性耦合硅烷等离子体 尘埃颗粒 离子拖拽力 二维流体模型
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Two-fluid modeling of Geldart A particles in gas-fluidized beds 被引量:16
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作者 M.A. van der Hoef J.A.M. Kuipers 《Particuology》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第6期540-548,共9页
We have investigated the effect of cohesion and drag models on the bed hydrodynamics of Geldart A particles based on the two-fluid (TF) model. For a high gas velocity U0 = 0.03 m/s, we found a transition from the ho... We have investigated the effect of cohesion and drag models on the bed hydrodynamics of Geldart A particles based on the two-fluid (TF) model. For a high gas velocity U0 = 0.03 m/s, we found a transition from the homogeneous fluidization to bubbling fluidization with an increase of the coefficient C1, which is used to account for the contribution of cohesion to the excess compressibility. Thus cohesion can play a role in the bed expansion of Geldart A particles. Apart from cohesion, we have also investigated the influence of the drag models. When using the Wen and Yu drag correlation with an exponent n = 4.65, we find an under-prediction of the bed expansion at low gas velocities (U0 = 0.009 m/s). When using a larger exponent (n = 9.6), as reported in experimental studies of gas-fluidization, a much better agreement with the experimental bed expansion is obtained. These findings suggest that at low gas velocity, a scale-down of the commonly used drag model is required. On the other hand, a scale-up of the commonly used drag model is necessary at high gas velocity (U0 = 0.2 and 0.06 m/s). We therefore conclude that scaling the drag force represent only an ad hoc way of repairing the deficiencies of the TF model, and that a far more detailed study is required into the origin of the failure of the TF model for simulating fluidized beds of fine powders. 展开更多
关键词 Gas-fluidized bed Geldart A particles Two-fluid model Cohesive force drag correlation
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迷宫流道滴头内流场和颗粒运动的不同湍流模型数值模拟 被引量:10
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作者 唐学林 赵旭红 +1 位作者 李云开 李小芹 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第16期120-128,共9页
为更好研究迷宫流道滴头的内流场水力性能和颗粒运动特性,该文采用k-ε模型和Eulerian-Lagrangian两相流模型进行了一系列数值研究。首先,通过3种湍流模型(标准k-ε、RNG k-ε与Realizable k-ε)预测迷宫流道滴头水力特性并与喻黎明等(2... 为更好研究迷宫流道滴头的内流场水力性能和颗粒运动特性,该文采用k-ε模型和Eulerian-Lagrangian两相流模型进行了一系列数值研究。首先,通过3种湍流模型(标准k-ε、RNG k-ε与Realizable k-ε)预测迷宫流道滴头水力特性并与喻黎明等(2009)的试验结果对比分析,标准k-ε模型更适合于模拟迷宫流道滴头的内流场,与PIV试验数据相比,水力性能曲线平均模拟误差仅为2.32%。然后,基于Lagrangian的颗粒离散相模型,数值研究了齿形迷宫流道内不同密度和直径的单个颗粒运动轨迹及运动特性,并与喻黎明等(2009)的相关试验数据比较,结果表明,考虑了重力、浮力、虚拟质量力和曳力的随机轨道模型能够更加准确地模拟颗粒在迷宫流道内的运动,与PIV试验数据相比,颗粒运动速度后平均模拟误差仅为2.34%。颗粒直径变化较密度变化对颗粒运动影响大,随着颗粒直径或密度增大,颗粒运动速度减小,颗粒速度变化幅值大小依次为:速度极小值、平均速度、速度极大值,随着颗粒粒径增大,流经漩涡区时颗粒速度减小较大,颗粒的运动跟随性变差,颗粒在惯性力的作用下沉积在流道拐角内侧的漩涡区,由此可能造成迷宫流道堵塞。同时,以上对比分析表明,相关两相流模型和数值方法可很好预测滴头内部固液两相流动,可为滴头抗堵塞设计提供参考。 展开更多
关键词 滴头 湍流模型 数值分析 颗粒运动轨迹 颗粒曳力
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不同曳力模型对提升管内气固流动特性的影响 被引量:5
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作者 沈志恒 李巍 +2 位作者 陆慧林 张慧芳 周全根 《石油机械》 北大核心 2011年第10期32-38,196,共7页
在考虑稠密气固两相流中颗粒具有非均匀流动特性的情况下,提出了基于颗粒团聚效应的气固相间曳力模型,数值模拟循环流化床提升管内气固两相的流动特性。模拟计算时考虑气固相间的作用力,壁面处气相采用无滑移边界条件,固相采用考虑颗粒... 在考虑稠密气固两相流中颗粒具有非均匀流动特性的情况下,提出了基于颗粒团聚效应的气固相间曳力模型,数值模拟循环流化床提升管内气固两相的流动特性。模拟计算时考虑气固相间的作用力,壁面处气相采用无滑移边界条件,固相采用考虑颗粒与壁面的碰撞和颗粒与壁面的简单摩擦作用的壁面边界条件。结果表明,考虑颗粒团聚效应的曳力模型能很好地反映提升管内气固两相流动特性,模拟结果比应用Gidaspow曳力模型的计算结果更接近文献[16]的试验结果。 展开更多
关键词 循环流化床 提升管 曳力模型 颗粒团聚效应 稠密气固两相流
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烟气循环流化床脱硫数值模拟进展及现状分析 被引量:2
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作者 王雪 李雨佳 +3 位作者 朱廷钰 叶猛 荆鹏飞 刘文 《煤化工》 CAS 2013年第3期13-16,共4页
介绍了循环流化床半干法烟气脱硫过程气固两相流动和反应特征及其数值模拟方法。对两相流常用的离散颗粒模型、双流体模型的研究进展进行论述,对于四步骤的脱硫模型进行说明,并介绍了耦合流动模型与脱硫模型过程模拟的优缺点。提出对循... 介绍了循环流化床半干法烟气脱硫过程气固两相流动和反应特征及其数值模拟方法。对两相流常用的离散颗粒模型、双流体模型的研究进展进行论述,对于四步骤的脱硫模型进行说明,并介绍了耦合流动模型与脱硫模型过程模拟的优缺点。提出对循环流化床脱硫进一步数值模拟的工作重点应集中在颗粒动力学、曳力模型的修正和反应过程细化模拟方面。 展开更多
关键词 循环流化床 烟气脱硫 数值模拟 两相流模型 颗粒动力学 曳力模型
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撞击流气固两相流动中曳力模型的分析 被引量:4
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作者 余廷芳 陈润果 熊桂龙 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第15期353-359,共7页
为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧... 为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9~25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4~1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。 展开更多
关键词 撞击流 气固两相流 数值模拟 曳力模型 颗粒运动
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基于MECST气固相间曳力模型的气体-颗粒团聚物流动特性的数值研究
10
作者 沈志恒 李巍 +1 位作者 张慧芳 陆慧林 《石油化工》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期1308-1315,共8页
由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化... 由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化床提升管内气体-颗粒-颗粒团聚物的流动特性。考察了时均颗粒相密度和颗粒质量流率沿径向的分布;颗粒浓度、提升管压降沿轴向的分布以及颗粒团聚物在提升管内的分布特性。模拟结果表明,颗粒相密度、颗粒质量流率以及提升管压降与实验结果相吻合;与能量最小多尺度气固相间曳力模型的颗粒浓度和颗粒拟温度的结果相比,MECST气固相间曳力模型得到的颗粒浓度较低,从而使颗粒拟温度减小。 展开更多
关键词 提升管 欧拉-欧拉双流体模型 颗粒悬浮输送能量最小曳力模型 颗粒团聚物 数值模拟
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颗粒特性对撞击分离器性能影响的实验与数值研究 被引量:8
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作者 冯乐乐 王景玉 +4 位作者 吴玉新 张海 张缦 吕俊复 岳光溪 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期3348-3355,共8页
颗粒-壁面撞击行为和气固相间作用对撞击分离器的性能具有重要影响。基于玻璃珠及煤粉的单颗粒撞击实验数据建立平均撞击恢复系数模型,采用非球形颗粒曳力模型对平板式撞击分离器的分离性能和气固流动开展数值研究。结果表明,采用基于... 颗粒-壁面撞击行为和气固相间作用对撞击分离器的性能具有重要影响。基于玻璃珠及煤粉的单颗粒撞击实验数据建立平均撞击恢复系数模型,采用非球形颗粒曳力模型对平板式撞击分离器的分离性能和气固流动开展数值研究。结果表明,采用基于实验的平均恢复系数模型以及考虑颗粒形状的曳力模型,能够准确地预测撞击式分离器的总分离效率和分级分离效率。颗粒分离过程中,Stokes数较大的颗粒对颗粒-壁面撞击模型比较敏感,Stokes数较小的颗粒对气固曳力模型比较敏感。 展开更多
关键词 分离 颗粒流 计算流体力学 颗粒-壁面撞击模型 非球形颗粒曳力模型
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基于介尺度曳力模型双组分颗粒混合的CFD模拟 被引量:4
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作者 宋晓皎 王帅 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2021年第4期120-129,共10页
为了对鼓泡流化床内双组分颗粒混合过程进行更精准的计算流体力学(CFD)数值模拟,结合颗粒动力学理论和欧拉多流体模型,建立以气泡为介尺度的双组分曳力模型,在三维鼓泡流化床反应器中模拟了双组分颗粒的分离和混合过程,并通过实验数据... 为了对鼓泡流化床内双组分颗粒混合过程进行更精准的计算流体力学(CFD)数值模拟,结合颗粒动力学理论和欧拉多流体模型,建立以气泡为介尺度的双组分曳力模型,在三维鼓泡流化床反应器中模拟了双组分颗粒的分离和混合过程,并通过实验数据验证该模型的准确性,分析外界操作条件和颗粒物性参数对双组分颗粒的分离和混合过程的影响。结果表明:固相颗粒直径的减小、气体入口表观速度的增大以及床层温度的升高都将会加大两相间曳力的非均质性,固相颗粒混合程度逐渐加大;随着颗粒直径和入口气体表观速度的减小,两相颗粒分离程度加大,混合指数随之减小;颗粒物性和外界操作条件的合理匹配有利于双组分颗粒的分离。 展开更多
关键词 介尺度曳力模型 双组分颗粒 混合 鼓泡流化床 CFD数值模拟
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CFD-DEM耦合模拟中拖曳力模型精度 被引量:7
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作者 彭恺然 刘红帅 +1 位作者 平新雨 程旷 《吉林大学学报(地球科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1400-1407,共8页
CFD-DEM耦合方法已广泛应用于岩土流固耦合问题分析,其模拟准确性与其中用于处理颗粒-流体相互作用的拖曳力模型密切相关。为了探究拖曳力模型精度的影响因素,采用CFD-DEM耦合方法建立了水中单颗粒沉降数值模型,模拟中考虑了3种典型拖... CFD-DEM耦合方法已广泛应用于岩土流固耦合问题分析,其模拟准确性与其中用于处理颗粒-流体相互作用的拖曳力模型密切相关。为了探究拖曳力模型精度的影响因素,采用CFD-DEM耦合方法建立了水中单颗粒沉降数值模型,模拟中考虑了3种典型拖曳力模型以及多种颗粒尺寸,将模拟得到的最终沉降速度与经验公式预测结果进行对比,分析了不同颗粒雷诺数(Re_(p))时3种拖曳力模型(Ergun、Wen和Yu模型,Di Felice模型,Hill和Koch模型)的模拟精度。结果表明,Ergun、Wen和Yu模型以及Di Felice模型的精度均随着Re_(p)的增大而降低,而Hill和Koch模型的精度随着Re_(p)的增大出现先升高后降低的趋势:一般情况下,当Re_(p)≤14以及Re_(p)>72时,3种拖曳力模型的精度从高到低顺序为Ergun、Wen和Yu模型> Di Felice模型> Hill和Koch模型;而当14Hill和Koch模型>Di Felice模型。 展开更多
关键词 离散元(DEM) 计算流体动力学(CFD) 拖曳力模型 单颗粒沉降
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喷砂冲蚀实验中颗粒轨迹的数值预测 被引量:4
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作者 张晴波 郭涛 +1 位作者 洪国军 曹蕾 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期154-161,共8页
针对冲击磨损实验研究中磨粒群体的运动轨迹难以准确表征的问题,在负压喷射砂粒群冲击Q235钢板的实验中宏观测量了砂粒撞击的速度与位置分布,并使用数值方法模拟了实验砂粒与空气在喷嘴内外的双向耦合过程,以实现负压喷射砂粒群的轨迹... 针对冲击磨损实验研究中磨粒群体的运动轨迹难以准确表征的问题,在负压喷射砂粒群冲击Q235钢板的实验中宏观测量了砂粒撞击的速度与位置分布,并使用数值方法模拟了实验砂粒与空气在喷嘴内外的双向耦合过程,以实现负压喷射砂粒群的轨迹预测。计算中提出了非球形粒子在相对马赫数接近1时的曳力模型,以反映空气可压缩引起砂粒表面流动分离的现象,并合理选择Magnus升力模型及壁面反射模型,最终数值预测的砂粒碰撞速度以及撞击位置与实验情况吻合良好。 展开更多
关键词 喷砂实验 曳力模型 颗粒轨迹预测 冲蚀磨损
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