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三维圆柱喷动床离散颗粒法模拟

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煤气与热力 2004年第3期24卷 127-132页

作者：陈艳征周勇敏张少明南京工业大学材料科学与工程学院江苏南京210009

运用离散颗粒法(DPM)模型,模拟了直径为4mm的颗粒在直径为0.1m的圆柱型喷动床内的喷动情况。对两种喷口直径进行了模拟,表明床内物料的整体流动情况、颗粒速度矢量分布以及床层空隙率分布等模拟值与相关试验数据吻合。

关键词：离散颗粒法圆柱型喷动床 DPM模型流化床气泡

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三维喷动床气固两相流数值模拟

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西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2007年第1期39卷 78-82,97页

作者：范金禾徐德龙肖国先西安建筑科技大学材料科学与工程学院陕西西安710055

叙述了采用颗粒离散和计算流体动力学相结合的方法模拟三维喷动床流化结果.单颗粒运动通过牛顿第二运动定律进行求解,气体运动通过求解N-S方程.气固两相之间的耦合是由牛顿第三运动定律来实现.模拟床体尺寸为0.11×0.012×0.9m... 详细信息

叙述了采用颗粒离散和计算流体动力学相结合的方法模拟三维喷动床流化结果.单颗粒运动通过牛顿第二运动定律进行求解,气体运动通过求解N-S方程.气固两相之间的耦合是由牛顿第三运动定律来实现.模拟床体尺寸为0.11×0.012×0.9m,在单一喷口,入口风速22m/s条件下,对2000个颗粒直径为5mm、密度为2700kg/m3的颗粒进行了模拟.结果表明:在3D喷动床中,颗粒存在宏观运动,中心区颗粒自下而上运动,近壁区颗粒自上而下运动,中心区和近壁区的颗粒运动构成了床内颗粒整体循环运动;在靠近底部的近壁处,颗粒运动存在一定的滞止区.

关键词：喷动床气-固流动数值模拟离散颗粒法

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粗糙颗粒气固两相流多尺度模拟

粗糙颗粒气固两相流多尺度模拟

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作者：边伟中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)

学位级别：博士

气固两相流是一个非线性、非平衡系统,具有复杂的非均匀介尺度结构,EMMS范式是解决这类介尺度问题的重要手段,实现虚拟过程工程(Virtual process engineering,简称VPE)是对这类介尺度问题进行模拟的工程应用目标。然而,EMMS范式的成功... 详细信息

气固两相流是一个非线性、非平衡系统,具有复杂的非均匀介尺度结构,EMMS范式是解决这类介尺度问题的重要手段,实现虚拟过程工程(Virtual process engineering,简称VPE)是对这类介尺度问题进行模拟的工程应用目标。然而,EMMS范式的成功实施、VPE的最终实现离不开对多尺度模拟方法的使用,其中比较典型的有双流体模型(Two-fluid model,简称TFM)和离散颗粒法(Discrete particle method,简称DPM)。为TFM模拟和DPM模拟选用准确度较高的封闭模型,比如固相应力模型(仅应用于TFM模拟)和气固相间曳力封闭模型(同时应用于TFM模拟和DPM模拟),提高TFM模拟和DPM模拟的准确性,无论对辅助工业实践还是对探究气固两相流的流动规律,都有重要意义。本论文为提高模拟准确性,首先修改针对光滑颗粒的程序以使其可以模拟更为真实的粗糙颗粒气固两相流,然后使用这套程序在Geldart D颗粒浓相鼓泡床的背景下以尺度相对最小的DNS数据为参照标准,对尺度相对较大的DPM模拟、TFM模拟所使用的封闭模型,尤其是对会给模拟结果带来很大影响的气固相间曳力系数关联式展开了一系列的评估与探讨。本论文的具体内容如下:论文第一章总结了粗糙颗粒气固两相流数值模拟的研究进展,从表达形式与来源方式两个角度概述了不同气固相间曳力系数关联式,介绍了模型对比在评估固相应力模型有效性、开发新封闭模型等方面所起的作用。第二章在实现粗糙颗粒TFM模拟程序后,利用模型对比的方式系统详细地对比了粗糙颗粒鼓泡床模拟结果和光滑颗粒鼓泡床模拟结果,说明了实现粗糙颗粒气固两相流数值模拟的必要性以及所改得的粗糙颗粒TFM模拟程序的有效性。第三章以已有工作中的DNS数据和实验数据为标准,详细对比了相同工况下使用十四种不同气固相间曳力系数关联式的DPM模拟结果和TFM模拟结果。研究发现这十四种气固相间曳力系数关联式均无法准确复现DNS的模拟结果,同时也发现TFM模拟所使用固相应力模型在某些情况下会导致模拟结果失真。第四章以已有工作中的DNS数据和实验数据为标准,采用模型对比的方式系统考察了考虑状态变量涨落(颗粒温度或固相体积分数涨落)的气固相间曳力系数关联式对提升DPM模拟和TFM模拟结果准确性的作用,发现这些模型只能给计算出的曳力带来很小的提升,并不足以消除DPM模拟结果、TFM模拟结果和DNS数据之间的差距。最后,总结了本研究所获得的主要成果,给出了获取、使用更加准确的气固相间曳力系数关联式和固相应力模型以及通过模拟多粒径分布颗粒体系、计算流场中热量传递、模拟工业中某实际Geldart D颗粒等操作来使当前工作更具有针对性和指导意义的意见和建议。

关键词：粗糙颗粒气固两相流双流体模型离散颗粒法封闭模型

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射流抽吸式水泥浆调配装置的研究与应用

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石油机械 2019年第11期47卷 19-25页

作者：王方祥张曙光李龙解同川刘德正中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司

为了解决注水泥塞的施工过程中,地面调配水泥浆费时费力、施工难度大及安全风险高的问题,根据射流抽吸原理设计了射流抽吸式水泥浆调配装置。基于离散颗粒法对注入漏斗内干水泥粉的运动规律进行数值模拟研究,优化设计了注入漏斗的半顶... 详细信息

为了解决注水泥塞的施工过程中,地面调配水泥浆费时费力、施工难度大及安全风险高的问题,根据射流抽吸原理设计了射流抽吸式水泥浆调配装置。基于离散颗粒法对注入漏斗内干水泥粉的运动规律进行数值模拟研究,优化设计了注入漏斗的半顶角和调制开关塞的安装高度,以达到防堵塞的目的,最后通过现场应用验证了该装置的使用效果。研究结果表明:漏斗流的流动形态是导致注入漏斗口堵塞的主要原因;随着注入漏斗半顶角的增大,干水泥粉停滞区域增大,体积流率减小,优选半顶角为45°;调制开关塞能够实现干水泥粉的流动形态由漏斗流向整体流转变,随着其安装高度的增加,干水泥粉的体积流率逐渐减小,优选安装高度为70 mm。现场应用中,射流抽吸式水泥浆调配装置可节省调配水泥浆用时50%以上,水、灰混合均匀,未出现堵塞现象,极大降低了“插旗杆”等施工事故发生的概率,保证了施工作业安全、高效地进行,应用前景广阔。

关键词：注水泥塞射流抽吸原理水泥浆调配装置离散颗粒法防堵塞

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料仓中湿颗粒流动规律的数值仿真与试验研究

料仓中湿颗粒流动规律的数值仿真与试验研究

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作者：李志西安建筑科技大学

学位级别：硕士

在工业生产过程中，料仓内的物料常含有一定的水分，其流动规律与干物料不同。针对这一情况，本文通过引入液桥力模型，结合离散颗粒法(DEM)，首次用计算机模拟了料仓中湿颗粒的流动，研究了液桥力对料仓内颗粒流动形态以及质量流率的... 详细信息

在工业生产过程中，料仓内的物料常含有一定的水分，其流动规律与干物料不同。针对这一情况，本文通过引入液桥力模型，结合离散颗粒法(DEM)，首次用计算机模拟了料仓中湿颗粒的流动，研究了液桥力对料仓内颗粒流动形态以及质量流率的影响。在计算液桥力时，为了解决无法直接确定半填充角的难题，采用了迭代法，成功地得到了液桥的半填充角，计算出液桥力。在选取仿真参数时，应用一种新方法来选定临界时间步长计算值：通过估算一个颗粒从固定高度自由落到相同材质平板的过程，得到临界时间步长值。模拟研究结果表明：与干颗粒的流动相比，湿颗粒的质量流率大大降低。同时料仓结构参数对干湿颗粒流动特性的影响也存在一些明显的差异：对于干颗粒，满足不结拱的料仓开口度尺寸至少为颗粒直径的三倍，而湿颗粒则要求料仓开口度至少为颗粒直径的四倍；干颗粒由漏斗流向整体流转换的角度在45度左右，而湿颗粒的转换角度为40度左右。研究还发现液桥力对于小粒径颗粒的影响明显大于大粒径颗粒。在相同含水量的情况下，小颗粒更容易出现团聚，而不易分离。在研究含水量对颗粒质量流率的影响时发现：随着含水量的增加，小颗粒的运动明显受阻，质量流率大大降低，而大颗粒的质量流率会出现一个先升后降的过程。为了验证这些仿真结果的正确性，进行了一系列干湿颗粒流动的二维试验，发现仿真结果和试验结果吻合得很好。

关键词：料仓颗粒流液桥力离散颗粒法仿真

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鼓泡塔反应器内气泡与颗粒流动特性的CFD模拟

鼓泡塔反应器内气泡与颗粒流动特性的CFD模拟

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作者：刘琦上海交通大学

学位级别：硕士

由于鼓泡塔反应器在化工、食品、环境等工业中的重要应用以及计算流体力学(Computational fluid dynamics,简称为CFD)方法在多相流体力学性质模拟方面发挥的重要作用,本文采用CFD的方法对鼓泡塔式反应器气液两相和气液固三相流体力学性... 详细信息

由于鼓泡塔反应器在化工、食品、环境等工业中的重要应用以及计算流体力学(Computational fluid dynamics,简称为CFD)方法在多相流体力学性质模拟方面发挥的重要作用,本文采用CFD的方法对鼓泡塔式反应器气液两相和气液固三相流体力学性质进行了详细的模拟,并基于CFD模拟结果提出了一种二段内循环导流筒内构件,对反应器的设计优化具有一定的指导。首先,采用流体体积函数(Volume of Fluid,简称为VOF)方法模拟了一个典型的方形鼓泡塔中气液两相流体力学行为,对方形鼓泡反应器进行了网格独立性分析,对建立的CFD-VOF模型通过实验数据进行了模型检验,考察了反应器内的轴向和合速度分布、气相体积分数分布、速度矢量分布等重要的流体力学性质。随后考察了鼓泡反应器的气体分布装置和操作气速对反应器内速度矢量分布的影响。其次,考虑了一个方形的气浆鼓泡塔内部的气相、液相和固相流体力学性质。为了检验所建立的CFD-VOF-DPM模型的可用性,将单气泡上升运动的模拟结果与相同条件下的实验数据进行了对比,通过研究发现本文所建立的CFD-VOF-DPM模型得到的模拟结果可以较为准确地拟合实验结果。接下来采用CFD-VOF-DPM模型对气浆鼓泡塔反应器内的气相、液相和固相流体力学性质进行了详细分析,考察了双气泡等径同轴聚并上升、等径非同轴聚并上升、同轴非等径聚并上升的流体力学行为,同时考察了液相压强分布和颗粒的卷吸夹带行为。最后,基于前述的CFD-VOF模型设计了一种二段内循环导流筒作为气液鼓泡塔的内构件。对带有内构件的鼓泡反应器建立的数学模型,并划分了CFD计算所需的网格,网格精度和时间步长精度的选取基于前述网格独立性分析的结果。随后采用CFD方法分析了二段内循环气液鼓泡塔反应器内的气相体积分数分布、速度矢量分布,研究了气液两相流体力学行为,对于工业运行和设计二段内循环气液鼓泡塔反应器具有一定的指导作用。

关键词：鼓泡塔反应器 CFD 流体体积函数离散颗粒法多相流体力学

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料仓中湿颗粒流动规律的数值仿真与试验研究

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海南大学学报（自然科学版） 2004年第1期22卷 23-27页

作者：李志夏国涛肖国先徐德龙海南大学理工学院海南海口570228 西安建筑科技大学粉体所陕西西安710055

通过引入液桥力模型,结合离散颗粒法(DEM),数值模拟了料仓中湿颗粒的流动,研究了液桥力对料仓内颗粒质量流率的影响.结果表明:对于干颗粒,满足不结拱的料仓开口度尺寸至少为颗粒直径的3倍,而湿颗粒则要求料仓开口度至少为颗粒直径的4倍... 详细信息

通过引入液桥力模型,结合离散颗粒法(DEM),数值模拟了料仓中湿颗粒的流动,研究了液桥力对料仓内颗粒质量流率的影响.结果表明:对于干颗粒,满足不结拱的料仓开口度尺寸至少为颗粒直径的3倍,而湿颗粒则要求料仓开口度至少为颗粒直径的4倍;干颗粒由漏斗流向整体流转换的角度在45°左右,而湿颗粒的转换角度为40°左右.研究还发现液桥力对于小粒径颗粒的影响明显大于大粒径颗粒.在相同含水量的情况下,小颗粒更容易出现团聚,而不易分离.

关键词：料仓颗粒流液桥力离散颗粒法湿颗粒系统粘性力流动规律

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二维振动流化床中颗粒流动特性数值模拟

二维振动流化床中颗粒流动特性数值模拟

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中国工程热物理学会2008多项流学术会议

作者：李响王淑彦于龙杨旭杨仲明陆慧林能源科学与工程学院哈尔滨工业大学哈尔滨150001 哈尔滨锅炉有限责任公司哈尔滨150046

采用离散颗粒法数值模拟二维矩形流化床内直径1mm的颗粒在外加竖直振动力下流动特性。通过改变振动参数（如振动强度、振动频率）和进气速度，研究参数变化对床料颗粒运动的影响。引入竖直振动场有利于消除反应器内颗粒滞动区，增强颗... 详细信息

采用离散颗粒法数值模拟二维矩形流化床内直径1mm的颗粒在外加竖直振动力下流动特性。通过改变振动参数（如振动强度、振动频率）和进气速度，研究参数变化对床料颗粒运动的影响。引入竖直振动场有利于消除反应器内颗粒滞动区，增强颗粒运动和颗粒间相互作用。提高反应器振动强度，有利于消除底层偏流使底层颗粒浓度径向均匀化，降低床层压降。提高振动频率有助于改善颗粒流化形态，增强颗粒脉动运动。提高振动强度和振动频率有益于流化床内颗粒运动。

关键词：竖直振动气固流化床离散颗粒法数值模拟流动特性颗粒流

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梯度磁场作用下气固流化床内颗粒运动特性数值模拟

梯度磁场作用下气固流化床内颗粒运动特性数值模拟

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中国工程热物理学会2008多项流学术会议

作者：李响王淑彦于龙杨仲明刘星陆慧林能源科学与工程学院哈尔滨工业大学哈尔滨150001 哈尔滨锅炉有限责任公司哈尔滨150046

建立梯度磁场作用下气固两相流化床内颗粒运动二维模型，利用离散颗粒法与欧拉法耦合求解，比较了有无外加磁场对含磁性与非磁性混合床料的流化床内颗粒运动特性的影响。引入竖直方向梯度外磁场后，有助于抑制大气泡的产生，降低床层膨... 详细信息

建立梯度磁场作用下气固两相流化床内颗粒运动二维模型，利用离散颗粒法与欧拉法耦合求解，比较了有无外加磁场对含磁性与非磁性混合床料的流化床内颗粒运动特性的影响。引入竖直方向梯度外磁场后，有助于抑制大气泡的产生，降低床层膨胀高度，减小床层压降脉动，有利于流化的稳定。但同时也发现磁颗粒限制了部分非磁颗粒运动，扩大了迟滞区域。

关键词：梯度磁场气固流化床离散颗粒法数值模拟颗粒运动运动特性欧拉法

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